Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Пермская активизация флюидогидротермального процесса в среднем Предуралье

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Пермская активизация флюидогидротермального процесса в среднем Предуралье"

>i . Q щ

Пэркскз! ордена Трудового Красного Зкамэнл гссударствотлхй узтеэрситет емэзи A.M. Горького

На правах рукописи

IJP04KKH Вячеслав ЮрьэЕнч

УДК 549+551.24+550.4+553.055(470.5)

ПЕРГСКАЯ А1СТШ13АЦКЯ ФШИОИЩЮЖЙШГЬНОГО ПРОЦЕССА В СРЕДНЕЙ ПЕЗДУРАЕЪЕ

Сггэцпалъпссть 04.СО.01 - обцая а региональная

геачо1ия

Автореферат днссертацгл на сонсканпэ ученой стеяегш кандидата гэолого-!липераяогзч9скнх паук

Перггъ - 1990

Работа выполнена в Пермском государственном университете ш, А.Ы.Горького и б Свердловском НИИ курортологии и физиотерапии

Научный руководитель: засл. деятель науки и техники РСФСР, доктор геолого-минералогических наук профессор И.А.Печеркин

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, К.П.Штснин (ОТО "Уралгеология", г. Свердловск);

кандидат геолого-ьшнералогических наук, доцзнт Л.А.Шакановскнй (Государственный университет г. Перыь)

Ведущая организация: фнгурский стационар Горного института УрО АН СССР

.Защита диссертации состоится " " уМ в <Д 1990 г. в 'т ч. на заседании специализированного совета К 063.59. 01 по присуздешпэ ученой степени кандидата геолого-минералогических наук по специальности 04.00.01 - общая и региональная геология в Пермском государственном университете им. А.М.Горького по адресу: 614600, г. Пермь, ул. Букирева, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского университета.

Отзывы на автореферат просьба отправлять по указанному адресу ученому секретари Совета.

Автореферат разослан " 6 " апреля - 1990 г#

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук, доцент

Н;Б.Сорокина

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Находки в нижнепермских образованиях Среднего Предуралья проявлений стронция, бария, железа, меди, золота и других ценных в промышленном отношении элементов, наличие здесь грандиозных по своим масштабам месторождений калийно-магниевых и натриевых хлоридных солей определяет необходимость дальнейшего геолого-генетического изучения нижнепермских образований и закономерностей размещения в них полезных ископаемых. Происхождение нижнепермских карбонатных, силикатных, сульфатных, хлоридных образований региона большинство геологов рассматривает с физико-географических позиций, и связывает с терригенно-биогенно-хеыогенным осадкообразованием в осо-лонящихся в условиях аридного климата морских бассейнах. Между тем, имеется целый ряд фактов, находящихся в противоречии с традиционными взглядами и указывающих на существенную роль эндогенных фахщдов в их формировании и на развитие в раннепермскую эпоху флювдогидротермального процесса. Под флюидогидротермальным нами понимается процесс эволюционного поступления и послэдувдего фракционирования мантийных флюидов, ведущий к образованию в земной коре и на ее поверхности веществ в любых агрегатных -состояниях. Продуктами флюидогидротерыального процесса могут быть горные породы, подземные и поверхностные воды, нефть, газы земной коры и атмосферы. Впервые на роль флюидов в .происхождении рассольных вод, минеральных солей, рудных полезных ископаемых Предуралья указал Н.Д.Буданов (1970, 1972, 1982, 1985). Наличие гидротермальной минерализации в нижнепермских карбонатных образованиях Уфимского вала установлено при геологопоисковых работах В.В.Болотовым, М.И.Денисовым и др. (1975, 1984).

Актуальность работы также связана с необходимостью расширения использования минеральных вод региона в лечебной практике. Их формирование, как показали работы последних лет (Попов, 1985, 1987), также во мнргом одр^еляется процессами раннепермского времени.

Цель работы - выяснение генезиса и механизма формирования нижнепермских карбонатных, силикатных, сульфатных и хлоридных образований Среднего Предуралья в связи с выявлением перспектив поиска месторождений полезных ископаемых.

Задачи исследований: I) оценка геотектонического развития региона в пермский и предшествущие периоды.

-г -

Определение возраста и тенденций активизации глубинных разломов в пермский период; 2) изучение изменения в пространстве и во времени вещественного состава, текстурно-структурных особенностей нижнепермских карбонатных, силикатных, сульфатных и хлоридных образований, приуроченных к зонам глубинных разломов в районах Уфимского вала, Юрюзано-Сылвинской и Соликамской впадин, анализ их тектонической и палеогеографической позиции; 3) поиск геологических и физико-химических критериев, позеолявздих устанавливать условия Армирования минеральных парагенезисов и изменение их состава во времени и в пространстве; 4) изучение закономерностей в развитии флшдогидротериального процесса, разработка его геологической и физико-хе.ической подели; 5) разработка принципов поиска полезных ископаемых флаждогидротермального генезиса, выявление перспектив их находцения в регионе.

Фактическая основа работы. Основой диссертации послужили результаты 6-летних исследований автора. За это время изучены ниянепермские образования Уфимского вала, Юрюзано-Сылвинской и Соликамской впадин. Особое внимание при полевых работах уделялось нзшнепермским образованиям, приуроченным к зонам глубинных разломов. Автором изучено более 60 опорных об-пажений, отобрано около 320 образцов и проб для различных видов аналиеа, проведено их предварительное минералого-петрографичес-кое исследование. В Центральной лаборатории ИГО "Уралгеология" выполнено 112 рентгеноструктурных, 56 шшералогических-илиховых, 20 химических и 147 спектральных анализов, описано 40 шлифов. Особое значение при изучении нигнепермских образований придавалось детальным исследованиям изменения их вещественного состава, текстурно-структурных особенностей по разрезу и в плане, ¡фоме того, детально проанализировано более 400 полных химических анализов подземных вод региона. 4актической основой работы также явился обширный литературный и фондовый материал по геологии, геохимии и гидрогеологии Среднего Предуралья.

Работа выполнялась по основному плану НИР Свердловского НИИ курортологии и физиотерапии (тема И 008.02., & государственной регистрации 01.86.0099885) и в соответствии с общесоюзной НТП 0.69.10. "Профилактика заболеваний населения" (шифр задания 05.0I.02H), с программой АН СССР по важнейшим фундаментальным проблемам на 1976-1990 гг. "Научные основы сохранения и улучшения о кружащей природной среды и рационального использования природных ресурсов".

рактер данного процесса и его зависимость от геотектонического режима земной коры.

Основные защищаемые положения.

1. Активизация геотектонических процессов в раннепермскую эпоху в Среднем Предуралье создала условия дам развития фшщдо-гидротермального процесса, образования карбонатитов и парагене-тически связанных с ними силикатных, гипс-ангидритовых и хлорид-ных натриевых и калийно-магниевых пород.

2. Вещественный состав флюидогдцротермальных образований обусловлен стадией в эволюционном развитии процесса, геотектоническим режимом рифтовых зон, ориентацией глубинных разломов в пространство, палеогеографическими условиями территории и удаленностью участков кристаллизации от питапцей зоны.

3. Установление закономерностей в развитии флшдогидротер-мального процесса позволяет выработать основные методические принципы оценки перспективы поиска полезных ископаемых в Среднем Предуралье.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Выявленные закономерности развития флщдогидротермального процесса в Среднем Предуралье, разработанный термодинамический подход к оценке последовательности кристаллизации минералов в парагенезисах, позволили выработать основные методические принципы поиска полезних ископаемых флщдогидротермального генезиса и выделить в изученном регионе районы и объекты перспективные на поиски стронция, бария, фтора, железа, меди, золота, серебра, редкоземельных и других элементов. Результаты работы переданы в ИГО "Уралгеоло-гия" и рекомендуются к использованию в Пермской геологоразведочной экспедиции при постановке поисковых работ в регионе.

Изучение подземных вод позволило разработать рекомендации по развитию курортно-санаторной сети региона. Данные рекомендации являются составной частью методических рекомендаций: "Рациональное использование природных лечебных ресурсов регионов Урала, Западной Сибири, Кавказских минеральных вод, Б.Сочи" и согласно плана Министерства здравоохранения РС5СР будут изданы в 1990 г. По результатам изучения минеральных вод также даны заключения -рекомендации для ряда лечебно-профилактических учреждений региона.

Методы исследований. I) Анализ и обобщение материалов то тектонике, петрографии, минералогии, геохимии, стратиграфии и гидрогеологии. 2) Структурно-кинематический метод определения возраста разрывных нарушений (Едюснин, 1932, 1985) и другие тектонические методы. 3) Геологические экспедиционные работы по выяснению закономерностей размещения и формирования ше-напермских образований. 4) Анализ геологических наблюдений по последовательностям хфисташшзации минералов и их сопоставление с распределением термодинамических свойств минералов, с данными экспериментальных исследований и термодпн&'я-леских расчетов. 5) Пространственно-временный анализ закономерностей распределения ниЕнепермских образований. 6) Геологическое и физико-химическое моделирование флшдогидротермальнэго процесса.

Научная новизна.

1) Установлена принадлежность карбонатных образований дивышской свиты саргинско-саранинского горизонта артинского яруса рифтовой зоны Уфимского вала к карбонатитам качала хлорит-серпцит-анкеритовой фации карбокатитообразоЕания, а карбонатных образований филипновского и иранского горизонтов кукгурского яруса рифтовых зон Уфимского вала и Солиглмской впадины к карбонатитам середины и конца указанной фации. Установлена тесная парагенэтическая связь с карбонатитамп образования силикатных, гипсангидритовых и хлорцдных пород.

2) Установлена возможность применения стандартных величин свободной знергии образования, энталыпш, энтропии для объяснения последовательностей кристаллизации минералов в парагенези-сах, анализа условий их формирования и прогноза нахождения минеральных образований, сыеидих практическую ценность. Показана возлюдность применения данных величин дня анализа условий и последовательностей поступления по глубинным разломам газов флюида.

3) На основе анализа физико-химических соотношений флюида и внешней среда, выявлены последовательности кристаллизации генералов по флюидному потоку в подводных условиях. На примере солей Борхпокамского месторождения установлен механизм флшдо-гидротермального минералообразования, позволяющий объяснить различные типы соляного разреза и закономерности распространения солей.

4) Разработана геологическая и физико-химическая модель флшдогидротермального процесса, установлен эволюционный ха-

Апробация работы и публикации.

Основные положения работы докладывались на Всесоюзном минералогическом съезде (Ленинград, 1987); на региональном инженерно-геологическом семинаре (Пермь, 1986); на научно-практической конференции по минеральным водам Урала (Свердловск, 1987); на Всероссийской конференции по использованию в лечебных целях природных факторов (Махачкала, 1988); на ежегодных отчетных конференциях Пермского государственного университета и Свердловского НИИ курортологии и физиотерапии (1985-1989).

Личные материалы и результаты по теме диссертации изложены в 8 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и списка литературы. В соответствии с рассматриваемыми вопросами два основных раздела работы подразделены на четыре главы. Общий объем работы составляет 252 страницы, в том числе 147 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 22 таблицы. Список литературы включает 249 наименований, в том числе 14 на иностранных языках.

В итоге проведенной работы автор приносит свою искреннюю признательность коллегам по Свердловскому НИИ курортологии и физиотерапии научному сотруднику 0.Л.Отделенной, кандидату химических наук Д.С.Шляпникову, с которыми обсуждались физико-химические воцросы работы, а также инженер-геологу ПГУ "Уралгео-логия" Е.В.Хиониной, оказавшей помощь в выполнении минералогических анализов. Автор особо благодарен научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР И.А.Печеркину за большое внимание к работе и ценные советы.

РАЗДЕЛ I. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОТЕКТОНИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ СРЕДНЕГО ПЕЕДУРАЛЬЯ

В позднем протерозое в Среднем Предуралъе, согласно геолого-гго|изических исследований А.Я.Яроша (1966, 1970, 1975), Г.Г.Кас-сина (1974, 1983), В.С.Дружинина (1968, 1976) и др. происходит заложение Сосновской палеорифтовой зоны, пространственно соответствующей позднепалеозойскому Предуральскому прогибу. О ее рифтовой природе свидетельствуют: большая протяженность и линейно вытянутая, грабенообразная морфология структуры; утоюгение

земной коры в осевых частях до 10-16 км за счет сокращения мощности базальтового слоя; наличие глубинных разломов, разгранп-чпвазацих блоки земной коры п контролирующих развитее структуры в плане; проявление основного магматизма и другие характерные по Е.Е.Килаковскоыу (1980) признаки палеорифтовой зоны. Активизация рифтогенеза по зоне Сосновского рифта связала с формированием в позднем палеозое Дредуральского прогиба. В соответствии с исследованиями В.А.Клубова (1973), П.А.Софроницкого (1959), Ю.А.Еукоьа и др. (1979) и других геологов в его формировании устанавливается характерная для расогенеза с последовательная во времени сглена этапов: I) общего подъема территории (С-^); 2) прогибания и залегение Юрюзано-Сылишской (С2м - Р^к), Соликамской (Р^-аг - Р2), Верхне-Печорской (Р|аг - Т) впадин Предуральского црогиба; 3) инверсии и общего педнятия восточной окрашш Русской платформы (Р2- Т2). Прогибание территории Среднего Предуралья и залоаение грабенообразкых впадин Предуральского прогиба происходило в направлении с юга на север, а в пределах впадин - с юго-востока и востока, от осевой, наиболее ослабленной части Сосновского палеоркфта, на запад к восточной окраине платформы. Наиболее активно развитие Предуральского прогиба происходило в раннепермскув эпоху. Об этом свидетельствуют: I) возраст заложения и максимального прогибашш впадин прогиба; 2) возраст активизации глубинных разломов и сбросов по западному борту Юрюзано-Сылвинской депрессии; 3) формирование систем рифтовьгх массивов; 4) шшюпермский возраст рассолов, заключенных в палеозойских отлозениях региона; 5) формирование карбонатитов и парагенетически связанных с ними силикатных, сульфатных и хлоридных образований; и другие признаки.

Заложение палеорифтовых зон в позднем протерозое и их активизация в конце карбона, в течение парни является характерной особенностью эволвции рифтогенеза Восточно-Европейской платформы (Милановский, 1983).

Р А 3 Д Е I П. ГЕОЛОГИЯ КИТОВЫХ ЗОН СРЕДНЕГО ПРЕДТРЛЛЬЯ 3 РАЕНЕПЕШСКУЮ ЭПОХУ

Глава I. Рихтовал зона Уфимского вела. Карбокаткты и стадии флюидогндротермального процесса

Рифтовая зона Уфимского вала иглеет ширину 40-60 га, вделает Уфимский вал и пркмыкащув с востока часть Крюзано-Сылвинской депрессии л характеризуется в раяпзпэрмскуп эпоху наибольшей з пределах папой части Срэдпгго Предурзлья тектонической активностью. На формирование данной структуры в условиях растязепия 2Qino2 коры указывает флэксуро-сброс с ачплптудой вертикального сглепэнпя до 160 и, установленный по восточно Л окраине вала и ттрпурочэнкыЗ к осегой линии Чердансио-йргпнского глубинного разлога (Еруглоз, IS33; Горский, 1970; Денисов н др., 1984; и др.), а такта скользешэ ниэзлегагэт пачек относительно внлолесацах с запада на восток (Плвснтш, 1971). Тектснячесгая активизация в роевой зоне проявилась в пакспмзльпом прогибании прпг.ас-соа-цеЗ в валу части депрессии, в актиззоацгл и заложешш разломов и з фср!.^ро1!анил ондогеншх образований. В сазтрскпй и арткн-ский века в основном фор^срогалась гхшгя часть зспа г/лг-.ст?,энного прогибания депрзсспи, а совэрнал часть зспн якгтгтэ развивалась в тсокцз артгпгского, в тзчончо купхтрского боков (Езлзз-г.пп, 1949, 1950). Аналогичная тепдешзм актлзпзацш свойственна Ч^р^гаско-Иргянспогху субиорцдтозальчо оргснтгровашю'Т' глубинному развозу а раглеглз.м sonn его глубинной трсзагаки.-ос'к:. Лктл-гшзцрозатшй характер в артинекзй п кулгурекпй века, тах-ске ^тали сбросо-раздвягд соворо-западаого простирания с левым сдвпгсм (Ншссвза, 1285). Указанная тенденция активизации проявилась з годности, характере разреза, в ¡минеральной и геохигоческой сие-щф'л:з карбонатных, сплякатных, сульфатных п хлорддных образований рифтосоЗ соси. Традиционное объяснение их формирования за счет выпаривания и химического осагдения из морского бассейна встречает ряд затруднений. В частности, мощности пород и их соотношения з разрезах для различных лптологзческих разностей не соответствует содержания веществ в морской воде. Так, для образования сульфатных пород только иранской свиты требуется выпарить столб воды точностью в 250 км. 1фомэ того, многочисленные экспериментальные исследования (Дцр, п др., 1966; Мельникова и др., 1977; Браунлоу, 1984; Клыэралогпческая энцикло-

педия, 1985; Нечнпоренко, Бондаренко, 1988 к др.) показ: .заат, что прямая кристаллизация ангидрита и доломита из р£-пы современных и древних бассейнов невозможна. Синтез доломита происходит при температурах не ниже 100-150°С. Показательно, также отсутствие аутигенного доломита в осадках современных морей и океанов (Лисицын, 1978). Не соизмеришМзбычным осадочным процессом скорости литификации карбонатных пород, устанавливаемые по широкому развитию на границе филипповского и иренского горизонтов лема-зинских брекчий, сложенных из остроугольных обломков пород ар-тинского и кунгурского возраста. Существуют и другие факты находящиеся в противоречии с традиционными взглядами на морскую иоду как основного источника вещества для формирования рассматриваемых пород. В этой связи, наиболее убедительным, на наш взгляд, является объяснение юс формирования за счет поступления по глубинным разломам эндогенных флюидов, несущих материал для образования толщ карбонатных, силикатных, сульфатных, хлоридных пород и создаюцих условия необходимые для кристаллизации в водной среде высокотемпературных минералов.

Об эндогенном, флювдогидротермальном генезисе рассматриваемых образований свидетельствует: I) приуроченность к активизированным во время их образования разломам; 2) наличие даек, линз карбонатных и внедрений сульфатных эндогенных пород; 3) текстурно-структурные особенности карбонатных и сульфатных пород, фиксируете, в болыпистве случаев, первичный, флюидальный, подводный характер их формирования, а также различного рода зональные текстуры: полосчато-зональные, сферическо-зональные и другие указывающие на закономерный характер распределения минералов в зависимости от соотношения физико-химических параметров флюида и внешней среды; 4) минеральный состав пород, в котором присутствуют высокотемпературные формы кальцита, доломита, кварца, а также аутигенные минералы: сидерит, целестин, барит, ангидрит, флюорит, стронцианит, серицит, ортоклаз, альбит, хлорит, гастинг-сит, эгирин, диопсид, тальк, палыгорскит, асбест, гидрослвды, халькопирит, пирит, пирротин, сфалерит, галенит и др.; 5) михро-элементный состав с повышенным содержанием Ьа,Зп, Ре, Си,Ли, Рй^г* и др.; 6) вулкановластический материал (до 15%) в песчаниках кошелевской свиты; 7) закономерное, соответствующее понижению температуры по флюидному потоку, распределение минерального состава пород и их мощности; 8) соответствие минерального и микро-

элементарного состава карбонатных пород, его изменения во времени л в пространстве, текстурно-структурных особенностей, карбо-натитам хлорит-серицит-анкеритовой фации карбонатитообразования. Характерная и парагенетическая связь карбонатитов данной фации с кварцсодерхащими породами, с сульфатными (ангидритовыми) образованиями; преимущественная их кристаллизация из карбонатитовых солевых флюидов (Самойлов, 1977, 1984).

Эмпирически, по геологически установленным последовательностям 1фисталлизапзи минералов в парагенезисах образованных в ходе эндогенных процессов, в частности, пород рифта Уфимского вала и карбонатитов хлорит-серицит-анкеритовой фации, а также исходя из термодинамической сущности понятий - энергия Гиббса, энтальпия, энтропия, установлена возможность применения стандартных величин свободной энергии образования л О 298 и энтропии Б 298 минералов для установления последовательностей кристаллизации минералов в парагенезисах, условий их формирования и анализа возможности образования минералов в данном парагенезисе. Показано, что значения д&яэа и 5минералов можно рассматривать как некоторые относительные по отношению к термодинамическим свойствам минералов данного парагенезиса величины, характеризующие соответственно количество энергии выделяемой при кристаллизации данного минерала и величину уменьшения энтропии исходных веществ минералообразущей системы при его образовании. Установлено, что в минеральных парагенезисах сформированных при флюидогидротермальном процессе кристаллизация минералов происходит в последовательностях по убыващга и возрастаниям величинам д.и 5 29й минералов. Преобладающая кристаллизация минералов в той пли иной последовательности находится в зависимости от состояния(степзни упорядочения)минера-лообразующей системы или ее части. Последовательность кристаллизации минералов по возраставшим величинам их Ь.-эз и л 0 (например: кварц -»■ кальцит ангидрит -» доломит серицит) связана с постепенным упорядочением системы в ходе ее охлаждения и может являться характерным признаком образования минералов из разупорядоченных, флюидных, минералообразущих систем. Последовательность кристаллизации минералов по убывающим величинам их и Б 2 94 (например: хлорит серицит * ортоклаз ■* доломит ч кальцит -> кварц ■* галенит) является средством образования минералов при относительно более высокой степени упорядочения минералообразущей системы или ее части. Показано,

что формирование минеральных парагенезисов может ироьсходмь в результате параллельной и диалектически взаимосвязанно!, кристаллизации по убывающим и возрастандим величинам д От и

с)"г.чг минералов, что определяется различным состоянием вещества в частях минералообразущей системы. В свою очередь, состояние (степень упорядочения) минералообразупцей системы находится в зависимости от соотношения физико-химических параметров флюида и внешней среда. Возможность кристаллизации минерала в данном парагенезисе определяется соответствием его термодинамических свойств ( лС-°2«г и Э 29г. ) последовательности кристаллизации минералов по их величинам дСгаа и Баев характерной для данного парагенезиса. Изменение минерального состава образований рифта Уфиглского вала в пространстве и во времени, соответству^ щее таковому для карбонатитов и последовательностям кристаллизации минералов по величинам их дС'гэа и Б гэг. в ходе охлахдз-ндя флюидных потоков, является еще одним свидетельством их эндогенного генезиса.

В рифте Уфимского вала отчетливо прослеживается последовательное изменение во времени состава эндогенных образований: от карбонатного б артинский век (дивышская свита) к карбокатнс-сульфатнкм в филилповское и иренское время (карнауховская, поповская, кошелевская, иренская свиты), к хлоридным к концу >:оеи-ского времени (кошелевская свита) и к появлению в верхней чкл^ разреза кунгура флворитоносной тюйской пачки с признаками перо-хода к следуидей по В.С.Самойлову (1977, 1984) цеолитовой (поад-ней кальцитовой) фации карбонатитообразованпя, что указывает на последовательное во времена изменение состава поступающих дов и позволяет выделять следугдае стадии флюидогпдротермалъно-го процесса: карбонатную сульфатную хлориднуа •*■ фторн.-;-ную -» позднюю карбонатную. Изменение состава поступащих ^тс-;-дов, по-видимому, связано с эволюционной сменой в его составе газов в следующей последовательности: СО^ЦгБ-НСММСЬ

Установлено, что на фациалыше особенности киннеперыских эндогешшх образований в пределах стадии существенное влияние оказали: I) тектонический режим рифтоЕЫХ зон, определяющий активизированный характер глубинных разломов и создавдий необхсда^е условии для движения восходящих потоков флюидов; 2) фракционирование газов флюида по молекулярной массе в наклонно и вертикально ориентированных разломах. Показано, что к наклонно

ориентированным разломам приурочены продукты флюида, образованные в результате поступления газов с большей молекулярной массой, а но вертикально ориентированным разломам преимущественно поступали газы с меньшей колвкулярной кассой, обусловившие здесь характерные для них сульфатные, хлоридные, силикатные образования; 3) палеогеЯфафические условия, определявшие аккумуляцию легколетучих компонентов флюида; 4) удаленность участков # кристаллизации минералов от питапцей зоны глубинного разлома, определявшая температуру флюидных потоков, их состав, а следовательно и кристалллзуЕпкеся образования.

Глава 2. Рифтовая зона Соликамской впадины. Особенности флшдогидротермального образования минеральных солей

В главе на основе геологического материала по нихнепермским образованиям Соликамской впадины, получили дальнейшее подтверждение рассмотренные в главе I, факты и закономерности флшдогидротермального формирования карбонатных, силикатных, сульфатных и хлоридных образований. По исследованиям А.А.Иванова (1950, 1972, 1975), П.М.Матвеева (1966), А.А.Оборина и В.З.Хурсика (1973), Копнина (1970, 1973, 1981) и других показано, что породы кунгурского яруса Соликамской впадины во многом тождественны эндогенным образованиям рифта Уфимского вала и по аналогии с ними откосятся к карбонатитам и парагенетически связанным с низ,га силикатным, сульфатным и хлоридным образованиям. Структурно-кинематическим методом (Плюснин, 1982, 1985) определен возраст разломов рифтовой зоны Соликамской впадины. Установлено, что основное поступление солеродннх флюидов в морской бассейн происходило по восточной системе глубинных разломов Соликамского рифта. На это указывает активизированный характер данных разломов во время накопления солей, распределения газов флюида по молекулярной млссе, минеральный состав и последовательности кристаллизации минералов, морфология соляной залежи. На основе геологических данных, с применением разработанного термодинамического подхода к оценке последовательности кристаллизации минералов в парагенезисах показано, что минералообра-зование по флшдно-мутьевому потоку подразделяется на три этапа: первый - термодинамического перепада; второй - динамического равновесия и третий - кристаллизации остаточных про-

дуктов флюида. Каждый из этих этапов характеризуется различным соотношением физико-химических условий флювда и внешней среды (морских вод) и как следствие, кристаллизацией по флюидному потоку различных минеральных образований. На этапе остаточных продуктов флюида происходит диалектически взаимосвязанная кристаллизация натриевых, калиевых и магниево-калиеЕых солей хлора и минералов галопелитов (гидрослвды, хлорита, монтмориллонита, их смешаннослойных разновидностей, доломита, магнезита, ангидрита, адуляра, кварца и др.) и образование соляных наборов. Показано, что распределение минералов в соляном наборе находится в соответствии с термодинамическими свойствами минералов. Кристаллизация минералов галопелитов, обладающих по сравнению с минералами солей значительно большими величинами 5гз» к ьОш происходит в наиболее упорядоченной зоне флюидного потока - на границе "флюид-морская вода", что предохраняет соль, образующуюся в центральной части соляного набора, от растворения и обуславливает возможность образования минералов солей в морских условиях. Для солей хлора , КСЕ. также как и

других минералов, существуют два основных уровня кристаллизации - по энтропии и по свободной энергии образования. На первом уровне, в связи с относительно малыми величинами ихд&гэ» образование солей происходит лишь в редких случаях и в малых количествах (вулканическая соль), чаще приводя к концентрации растворов флюида в отношении хлора и катионов и тем самым к созданию условий для кристаллизации других минералов. На втором уровне, когда основная часть высокоэкзотермйчных минералов отложилась и минералообразуыций процесс достигает возможности щщсталлизации солей по величинам их л & гэ в , происходит основная ¡фисталлизация хлоридных минералов. Цри этом образование соляных минералов, в основном, происходит по возрастающим величинам их в последовательности 1\1а С^ К СЕ.-'- М^СЕ^

что указывает на большую степень разупорядоченности солеродно-го флюида. Данная последовательность тфисталлизации солей хлора, наряду с параллельной и последовательной кристаллизацией минералов галопелитов, определяет закономерности распределения солей в плане и в разрезе, а также их текстурно-структурные особенности, характер минеральных включений и другие наблюдаемые на Верхнекамском месторождении солей закономерные явления.

Установленные закономерности флюидогидротермального образования солей могут быть использованы для дальнейшего познания природы галогенеза; поиска новых месторождений; прогноза измеке-ни некачественных и количественных характеристик солей на подобных месторождениях.

РАЗДЕЛ Ш. ШВДОВДРОТЕРМАЛЪШЙ ПРОЦЕСС И

ПЕРСПЕКТИВЫ ПОИСКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАШЫХ

Глава 3. Флюидогидротермальный процесс, основные понятия и закономерности

В последние годы многие исследователи в результате изучения рудных месторождений (Смирнов, 1982; Овчинников, 1988; Томсон, 1988 и др.), месторождений нефти и газа (Кудрявцев, 1959, 1963, 1964, 1973; Порфнрьев, 1961, 1966, 1968, 1971, 1980; Доленко и др., 1984; Дегазация Зешш..., 1980, 1985 и др.), рассольных вод и минеральных солей (Дерпгольц, 1963, 1966, 1977; Буданов, 1968, 1970, 1972, 1985; Созанский, 1971, 1973, 1977, 1985; Кропоткин, 1980, 1985; и др.) приходят к выводу о возможности прямого, без магмы, поступления глубинного вещества Земли.

В главе показано, что установленная по геологически.! данным последовательность эволюционного развития флвдцогидротермально-го процесса, заключающаяся в закономерной смене во времени стадий: карбонатной, сульфатной, хлоридной, фторидной, поздней карбонатной, находится в соответствии с величинами электроотрицательности элементов, а также подтверждается закономерным распределением термодинамических свойств мантийных газов в зависимости от геотектонического режима. Предполагается, что первичный мантийный флюид является ассоциацией энталышйных СОг , Й25 , МСС.МР . 5СЬ и энтропийных кремний-водородных газов. Состав газовой ассоциации изменяется в соответствии с термодинамическими свойствами газов и детерминирован закономерной сменой во времени режимов растяжения и сжатия земной коры в зонах глубинных разломов. В процессе геотектонического развития зон земной коры происходит закономерная смена поступления газовых ассоциаций: со,- s Нч; I4S ■ S icu маи^г 1-Ц; UC£ - Si wa.K.Mjuy Il4;i)[--Sitau^ll|;

СОг-Siua.k'isp Иц и других. Перенос металлов происходит в составе спланового и более сложных кремний-водородных газов. На возмож-

ность такого переноса указывают исследования Н.Д.Буданова (1970, 1972), Б.Ы.Мицюка, Л.И.Горогоцкой (1980), Е.И.Маевского (1984). ^акционирование восходящего потока мантийных флюидов происходит по мере его продвижения в земной коре и определяется изменением внешних термодинамических условий. Большое значение на фракционирование флюида оказывает синтез воды из 02 и и дальнейшие реакции соединения газов с водой, в результате которых образуются кислотная и гидрооксидная составляющие флюида. Их диалектическое единство во флюиде определяет его относительную нейтральность по отношению к 01фуяапцим породам земной коры и возможность достижения им земной поверхности. Процессы минералообразования происходят в зонах повышенной контрастности физико-химических параметров фипоида и внешней среды.

Глава 4. Перспективы поиска месторождений полезных ископаемых

Установление роли глубинных разломов Среднего Предуралья как путей поступления мантийных флюидов, формирование карбонати-тов хлорит-серицит-анкеритовой фации и юл со. ;твувдих гипоген-ных образований, позволяет по новому оценивать перспективы региона в отношении поиска целого ряда полезных ископаемых. С породами данной фации карбонатитов связаны крупные сингенетичные месторождения и рудопроявления редкоземельных, железных (гемати--товых) руд, флюорита, барита, стронцианита, целестина (Фролов, 1975; Самойлов, 1977 \

Разработанный термодинамический подход к оценке последовательности кристаллизации минералов в парагенезисах, установленные закономерности развития флюидогидротермального процесса е Среднем Предуралье, позволили выработать основные методические принципы поиска полезных ископаемых, определить уровни оптимальной кристаллизации промышленных минералов и выделить в изученном регионе районы и объекты перспективные на поиски стронция, бария, фтора, железа, меди, редкоземельных и других элементов.

Эволюционное развитие в пермское время флюидогидротермаль-ного процесса свидетельствует о возможности участия глубинных флюидов в формировании минеральных вод Среднего Предуралья.

По результатам изучения подземных вод верхнего гидрохимического этажа региона в главе указаны районы перспективные для ср-

ганизацки санаторно-курортного использования различных типов слабоминерализованных минеральных вод лечебно-питьевого применения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Тектоническая активизация в раннепермскув эпоху в Среднем Предуралье создала необходимые условия для интенсивного поступления, в ходе дегазации мантии, глубинных флюидов, которые являлись одним из основных источников вещества для формирования в водной среде карбонатных, сульфатных и хлорндшх образований рифтовых зон Уфимского вала и Соликамской впадины.

2. Карбонатные образования дивьинской свиты саргинско-сара-нинского горизонта артннского яруса рифтовой зоны Уфимского вала относятся к карбонатитам начала хлорит-серицит-анкеритовой фации карбонатитообразования, а карбонатные образования филиппов-ского и иранского горизонтов кунгурского яруса рифтовых зон Уфимского вала и Соликамской впадины к карбонатитам середины и конца указанной фации. Установлена парагенетическая связь образования карбонатитов с гипс - ангидритовая! и хлоридныки натриевыми

и калийно-магниевыми породами.

3. Величины стандартной свободной энергии образования д Gгэа и энтропии минералов могут быть использованы для установления последовательностей кристаллизации минералов в парагене-зисах, анализа условий их формирования и прогноза нахождения минеральных образований, имещих практическую ценность.

4. Установлено, что флюидогидротермальному процессу свойственен эволюционный характер, заклвчащийся в последовательной смене во времени стадий: карбонатной •*■ сульфатной -» хлоридной фторвдной поздней карбонатной.

5. Нижнепермские образования районов рифтовых зон Уфимского вала, Соликамской впадины перспективны на поиски стронция, бария, редкоземельных элементов, фтора, железа, меди и других элементов. Разработанный термодинамический подход является основой для дальнейшей разработки термодинамических методов поиска полезных ископаемых.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Использование методов математической статистики доя прогноза водопротоков на месторождениях полезных ископаемых // Изв. вузов. Горный журн. - 1985. - * 10. - С. 5-9. Соавтор Н.С.Шаба-лина.

2. Влияние некоторых факторов на накопление сульфидов железа в сульфидных сапропелях // Пелоидотерапия распространенных заболеваний: Сб.научн.тр. - Пятигорск, 1985. С. 24-25. Соавторы П.В.Окунев, Н.А.Волкова.

3. Новое об интенсивности развития карста в Среднем Преду-ралье // Эффективные методы инженерно-геологических исследований: Тез.докл. семинара, г. Пермь, ноябрь 1986 г., - Пермь; изд-во гос.ун-та, 1986. С. 54-55.

4. Флюидогидротермальное образование минеральных солей // Тез.докл. к 7 съезду Всесоюзн.минерал.общ-ва, г. Ленинград,

19-22 января 1987 г., - Л.: Наука, 1987. С. 34-35. Соавтор Н.Д. Буданов.

5. Минеральные воды Урала и их лечебное применение // Лечебные минеральные воды Урала и их лечебное применение в санаторно-курортной практике: Тез.докл.научн.-практ.конф., г. Свердловск,

20-21 октября 1987 г., - Свердловск, 1987. С. 9-10. Соавтор М.П.Ковалева.

6. Пермская геотектоническая активизация флюддогидротермалъ-ного процесса в Среднем Цредуралье // Тез.докл.ежегодной конф. гос.ун-та, г. Пермь, 1988 г. - Пермь: Изд-во гос.ун-та, 1988.

С. 83-84.

7.Грязевые ресурсы районов Нечерноземной зоны Уральского региона и перспективы развития санаторно-курортной сети // Новые подходы в использовании физических преформированных и природных факторов: Тез.докл. Всес.конф. г. Махачкала, 1988 г. -Махачкала, 1988. С. II4-II5. Соавтор Н.В.Земскова.

8. Карбонатиты Уфимского вала // Новые прогрессивные способы комплексного изучения недр Урала - путь ускоренного развития народного хозяйства региона: Тез.докл. научн.-тех.совещ.,

г. Пермь, 11-12 апреля 1989 г. - Пермь: изд-во гос.ун-та. С. 6364.