Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрофизические модели туфолавовой толщи Норильского района

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

Автореферат диссертации по теме "Петрофизические модели туфолавовой толщи Норильского района"

Ни праках р) -копнен

>ГБ ОД

1 3 МАЙ $28

КРОПОТОВ Сергей Вениаминович

ПЕТРОФИШЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТУФОЛАВОВОЙ ТОЛЩИ НОРИЛЬСКОГО РАЙОНА

Специальность 04.00.12 - "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

г.Томск- 1996г.

Работа выполнена в Томском политехническом университете и Красноярском Научно-Исследовательском Институте Геологии и Минерального Сырья

Научный руководитель: доктор геолого-.минералогических наук,

профессор, член-корр.МАН ВШ Л.Я.Ерофеев

Оф ициальные оппоненты: доктор геолого-.минералогических

наук, профессор В.П.Парначев

кандидат геолого-минералогических наук, С.Ф.Богачев

Ведущее предприятие: Государственное предприятие по

региональным геологосъемочным работам IТГ'Красноярскгеолсъемка"

Защита состоится: " X" 1996 г. в часов на заседании

диссертационного совета К.063.ХО.ОН. в Томском политехническом университете.

Адрес: 634004, Томск, ул.Ленина, 30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета

Автореферат разослан: апреля 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

л . кандидат геолого-

* минералогических наук,

/ доцент В.К.Бернатонис

Введение

Территория Норильского горно-промышленного района к настоящему времени достаточно хорошо изучена геофизическими методами в разных модификациях, поэтому одним из источников повышения эффективности геолого-поисковых работ на медно-инкелевые руды может стать переинтерпретация накопленного материала. При поисках месторождений норильского типа наиболее информативными геофизическими методами являются )рави- и магниторазведка. Однако в связи с широким развитием в районе вулканогенных пород, выделение полезного сигнала осложнено. Сложные физико-геологические условия делают необходим^ учет аномального эффекта, обусловленною туфолавовой толщей, что невозможно без надежной петрофизнческой основы. Кроме того, возможности петро-физики как метода изучения геологии вулканогенных образовании изучены недостаточно, а их определение весьма важно в связи с подготовкой новой серии Государственных геологических карт масштаба 1:200000. Все эти проблемы могут быть решены на основе обобщения накопленных данных по петрофизике н формирования петрофизических моделей туфолавовой толщи, что и являлось основной целью работы.

Исследование физических свойств пород в районе уже имеет полувековую историю. Первые определения физических свойств были выполнены

A.П.Булмасовым в 1940 г. Дальнейшее изучение велось разными организациями и связано с именами Г.Г.Богатыревой, И.Д.Волкова, А.В.Волыхнна,

B.В.Гончаренко, Б.В„Гусева, Э.Н.Линда, Э.А.Калининой, П.И.Касаткина, Л.Г.Комарова, М.М.Макеева, И.А.Максимова, В.В.Метатловой, Ф.С.Мороза, Л.П.Мутовкиной. А.Г.Наумова, А.М.Ряскина, В.В.Самусенко, Ю.А.Семина, Н.П.Семенова, В.М.Салова, С.Д.Сидораса, Г.Т.Стифеевой, Д.Г.Успенского, Ф.С.Файнберга, В.А.Федоренко, С.М.Фивега, Б.В.Хмы-лева, М. А.Холмянского. Несмотря на хорошую изученность, в петрофизике и палеомагнетизме туфолавовой толши остался ряд проблем, определивших основные задачи исследований:

- обобщение физических свойств всех петрографических разновидностей вулканогенных пород по каждой структурно-фациальной зоне траппо-вого магматизма ;

- уточнение палеомагнитного разреза туфолавовой толщи я выявление природы обратной полярности остаточной намагниченности пород верхних вулканогенных спит;

- определение фазового состава ферромагнетиков базальтов;

- оценка влияния контастово-метзсоматических процессов, связанных с интрузиями, на физические свойства вулканитов;

- построение петрофизических моделей туфолавовой толщи;

- выполнение папеовулканических реконструкций на основе изучения

физических свойств и палеомагнетизма, выяснение возможностей пегро-физики для решения частных геологических задач.

Фактический материал собирался автором в течение 1988-95 гг в составе Петрофизичсской лаборатории КНИИГиМС. За это время, вместе с другими сотрудниками лаборатории, было отобрано и измерено более 5000 ориентированных образцов и около 9000 штуфов керна, у которых были определены плотность (а), индуктивная намагниченность (./,), величина и направление остаточной намагниченности (./„). Было выполнено размагничивание более чем 700 образцов методом компенсации в магнитном поле Земли, 250 - переменным магнитным полем и температурой. У 120 проб базальтов определены температуры Кюри и сняты зависимости ./<,/Т). Изучено более 100 анишифов базальтов и туфов. На естественных обнажениях было проведено более 1000 измерений магнитной восприимчивости {%). Кроме того, использовались каталоги физических свойств Петрофизи-ческой лаборатории КО СНИИГГиМС (1966-86 гг.); НКГРЭ (1969-82гг.): партии №102 НПО "Рудгеофизика". В качестве геологической основы для анализа связи физических свойств с составом базальтов и построения моделей использованы результаты изучения петрологии, минералогии базальтов и строения туфолавовой тол щи В.А.Федоренко, В.В.Золотухина, О.А.Дюжикова, В.С.Старосельцева В.В.Рябова, В.С.Голубкова, Д.А.До-дина, Б.В.Струнина и других авторов, отраженые в опубликованной и фондовой литературе.

Научная ценность и новизна работы состоит в том, что впервые дана петрофизическая характеристика объектов, ранее не изучавшихся на этот предмет, сделана сводка по всем петрографическим'типам вулканогенных пород для разных участков района, установлена и объяснена латеральная и вертикальная изменчивость физических свойств по разрезу туфолавовой толши. Впервые для эффузивов Норильского района указано на значительный вклад химической намагниченности в суммарную остаточную, показана возможность палеовулканических реконструкций на основе изучения физических свойств, установлена зависимость плотности и намагниченности от особенностей состава вулканитов и условий накопления туфолавовой толщи, рассчитан фазовый состав первичного титаномагнетита базальтов.

Практическая ценность работы заключается в получении характеристики влияния контактово-метасоматическнх процессов на физические свойства вмещающих вулканогенных пород и построении петрофизических моделей для последующего физико-математического моделирования потенциальных полей, в уточнении палеомагнитного разреза вулканогенных ¡раппов и создании палеомагнитной основы по пермско-гриасовым породам района для палеогеодинамических реконструкций, в оценке возмоух-пости расчленения фрагментов разреза и уточнения границ сбит по физи-

ческим характеристикам, в решении при помощи петрофизики некоторых частных геологических задач.

Оснспные защищаемые положения сводятся к следующему:

1. Формально туфолаповую толщу можно представить в пиле семи сгруктурно-вешественных комплексов, различающихся физическими свойствами слагающих их пород: плотность и намагниченность вулканогенных сви'1 конкретных разрезов можно расчитывать по средним для района значениям физических свойств входящих в разрез пород

2. В палеомагнитном разрезе туфолавовой толши существует одна зона обратной и одна - нормальной полярностей первичной термоостаточной намагниченности; обратная полярность остаточной намагниченности в покровах верхних вулканогенных свит обусловлена химической компонентой намагниченности, появившейся в результате низкотемпературного окисления ферромагнетиков

3. На контакте базальтов с тоапповымн интрузиями проявляется пет-рофизическая зональность, заключающаяся в последовательной смене по мере удаления от интрузии зон: с высокой плотностью и низкой намагниченностью; низкой плотностью, высокой остаточной и низкой индуктивно!! намагниченносгями; общим незначительным понижением плотности и намагниченности.

4. Фазовый состав первичного ферромагнетика базальтов отвечал ти-таномагнетиту с 40-70% ульвошпинели; для большинства базальтов характерно высокотемпературное окисление продуктов его распада.

5. Латеральная изменчивость физических свойств пород туфолавовой толши отвечает тектно-магматической активности структурно-фаниальных зон района в соответствующий этап магматизма; вертикальная изменчивость плотности и намагниченности определяется процессами дифференциации трапповой магмы в промежуточных очагах.

6. Каждая из закономерных связей физических свойств пород с их составом проявляется лишь на своем статистическом уровне, предопределенном масштабностью проявления и степенью влияния процессов, обусловивших эти зависимоспи.

Апробация работы осуществлялась на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Пегрофизика рудных месторождении" (Ленинград, 1990), на Всесоюзном семинаре "Актуальные проблемы региональной геологии Сибири" (Новосибирск, 1992), на Всесоюзной конференции по петрологическому материаловедению (Новосибирск, 1992), на Всероссийском научно-техническом совещании "'Геофизические методы при разведк'е недр и экологических исследованиях" (Томск, 1996). В 1993г. работы автора прошли по конкурсу на стипендию Красноярского Фонда науки и техники.

Реализация работы выполнена в грех отчетах Петрофизнческой лаборатории КНИИГиМС. Материалы, полученные в ходе исследований, были

использованы в опытно-методических работах отдела рудной геофизики СНИИГГиМС (г.Новосибирск), при составлении отчетов НКГРЭ по геолого-поисковым работам и при оценке перспектив северных флангов Талнах-ского рудного узла, при составлении легенда Государственной геологической карты масштаба 1:200 ООО для листов 11-46, Я-47, Я-48.

По теме диссертации сделано 6 публикаций.

Работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающем 131 Источник. Она содержит 159 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 60 рисунков,6 приложений.

Автор выражает благодарность за содействие кандидатам геол.-мин. наук В.П.Меркулову, В.А.Федоренко, М.А.Чурилину, А.Д.Каминскому: инженерам Л.П.Андреевой, Е.И.Волкову, П.С.Гузанову, Ю.П.Жижакину, Н.И.Коробовой, Л.Н.Ключанскому, Ю.В.Колиакову, В.В.Серову, В.Р.Трофимову, В.В.Щекотурову, Т.С.Мурзиной, коллективу кафедры ГМР Томского политехнического университета. Автор выражает особую благодарность за ценные советы и всестороннюю помощь, оказанные при подготовке работы, научному руководителю доктору геол.-мин. наук, профессору, член-корр.МАНВШ Л.Я.Ерофееву и заведующему Петрофизической лабораторией КНИИГиМС, кандидату геол.-мин. наук Э.Н.Линду. Автор обязан с благодарностью упомянуть о финансовой поддержке Красноярским Фондом науки и техники.

Глава 1. Геологическое строение Норильского района

Индивидуальные черты тектонического развития, глубинного строения и 'магматизма Норильского района определяются его приуроченностью к зоне сочленения Енисей-Хатангской и Западно-Сибирской рифтовых систем и позволяют рассматривать Норильский мегаблок как самостоятельную глубинную структуру земной коры.

Нижний структурный этаж сложен формациями верхнего протерозоя и палеозойскими отложениями, формировавшимися в собственно платформенный этап. Верхний структурный этаж, отвечающий этапу тектоно-магматической активизации платформы, представлен позднекаменно-угольной-позднепермской тунгусской серией, позднепермско-ранне-триасовой туфолавовой толщей, верхнеюрскими-нижнемеловыми морскими осадками, перекрытыми четвертичными отложениями. Мощность осадочного чехла - более 11 км.

Пликативные структуры первого порядка представлены линейными протяженными валами и Норильско-Хараелахским прогибом северовосточного простирания. К структурам второго порядка относят трапповые мульды и брах«антиклинали. Разломы первого порядка совпадают по ориентировке с осями наиболее крупных пликативных структур. К ним приурочены все известные в районе рудные узлы и палеовулканические постройки.

Вулканогенные траппы имеют широкий спектр изменения химического состава - от субщелочных-субультраосновных до гипербазит-базитовых нормальной щелочности, вверх по разрезу наблюдается рост основности пород. Туфолавовая толща (мощностью до 3500 м) расчленяется на 1! свит, накопившихся в течение трех этапов магматизма: сыверминского (ивакинская, сыверминская, гудчихинская свиты), надеждннского (хаканчанская, туклонская, надеждинская) и моронговского (моронговская, мокулаевская, хараелахская, кумгинская, самоедская). В свитах, <)юрмиро-вавшихся в начале этапов, коэффициент чкснлозивности повышен до 20-100?/о, у остальных он менее 5°А.

Интрузивные траппы, как и вулканогенные, имеют значительное разнообразие по химизму, в связи с чем их систематика и типизация осложнены. С дифференцированными интрузиями норильского комплекса связаны месторождения сульфидных медно-никелсвых руд. Метасоматические и метаморфические образования приурочены к крупным дифференцированным интрузиям и палеовулканическим аппаратам центрального типа. Характер метасоматических преобразований, мощность контактового ореола зависят от состава вмещающих пород и петрохимии интрузий.

Глава 7. Методика и техника исследовании

В полевых условиях измерения намагниченности велись на протонных и квантовых магнитометрах ММП-203 и МПЛ-303 по методике А.А.Логачева. Исходя из чувствительности аппаратуры, образцы отбирались объемом 80-250смчто обеспечивало возможность измерения пород с намагниченностью от 0.25 А/'м. Погрешность определения намагниченности, оцененная по контрольным наблюдениям и по измерениям эталонных образцов;составляла 15-25% . Плотность пород определялась методом гидростатического взвешивания на циферблатных весах ВНЦ-2 с точностью не ниже ±0.02 г/см'\ На естественных обнажениях с помощью каппаметра КТ-5 (чувствительность-!00 ед.СИ) выполнялась каппамстри;:.

Лабораторные исследования заключались в изучении специфических петромагнитных параметров и испытании магнитной стабильности образцов на лабораторном комплексе аппаратуры, включающем в себя каппа-мост К1.У-2, рок-генератор Ш-4, размагничивающую установку РУВ-1, печь с пермачлоевым экраном и лабораторный датчик температур. Температурные зависимости .1хП) исследовались на термобаллистической установке, собранной из весов ВЛР-2, соленоида (//=136000А/м), электропечи и датчика температуры. Устойчивость остаточной намагниченности к нагревам исследовалась до темперагур 150-250иС. Время выдержки образцов "против поля'" при размагничивании методом компенсации - 1.5-^3 х]07сек. Чистка переменным магнитным полем велась с шагом 4000 А/г/

Глава 3. Физические свойства пород тускшавовой толщи

Плотность вулканогенных пород меняется от 2.57 до 3.00г/см\ распределение образцов по о имеет асимметричный, реже - бимодальный характер за счет низкой плотности миндалекаменных зон. Индуктивная намагниченность вулканитов меняется от 0.01 до 2.00 А/м, для большинства базальтов - от 0.2 до 1.2 А/м. Распределение образцов по./, - логнормаль-ное. Параметр Кенигсбергера (Ои) «имеет тенденцию роста вверх по разрезу и заключен в пределах 2-10, при этом у базачьтов с аномальной ./„ он может достигать 50-100 или понижаться до 0.1-0.5 у туфов и субщелочных •эффузивов. Породы нижней части туфолавовой толщи (ивакинская-иадеждинская свиты) дифференцированы как по химическому составу, так и по физическим свойствам, у вышележащих пород дифференциация проявлена слабо.

Среди покровов ивакинской свиты наибольшие./., ./„ и с имеют тра-хибазальты, относящиеся к субщелочной гипербазит-базитовой субформации, а наименьшие - пойкилоофитовые и порфировые титан-авгитовые базальты. Плотность и намагниченность титаи-авгитовых базальтов возрастает от центра ареала (Талнахский и Норильский рудные узлы) к периферии, в соответствии с повышением их щелочности и уменьшением содержания полевошпатовой извести. Намагниченность пойккпоофитовых базальтов по латерали растет с запада на восток, согласно с железистостью, а плотность - в обратном направлении, отвечающем исчезновению в нормативном составе кварца и появлению оливина. Двуплагиоклазовые, лабрадоровые и андезиновые базальты, слагающие третью пачку, считаются дифференциа-тами одного расплава. Из них наибольшей намагниченностью отличаются андезиновые базальты, развитые на границе ареала, в зонах разгрузки тектонических напряжений, а наибольшей плотностью - лабрадоровые, обогащение продуктами протокристаллизации.

По степени изменения сыверминских эффузивов различают пойкилоофитовые (слабоизмсненные) и толеитовые (зеленокаменные) базальты У толеитовых базальтов намагниченность определяется интенсивностью изменения и содержанием стекла. Пойкилоофитовые базальты имеют более высокие плотность и намагниченность, чем толеитовые. Плотность, измеренная на образцах из естественных обнажений,обычно выше, чем определенная на штуфах керна, причиной чего является избирательность выветривания.

Базальты первой (порфировые, гломеропорфировые) и второй (пикритовые) пачек гудчихинской свиты по физическим свойствам между собой близки. Несколько большей отличаются гломеропорфировые базальты, а ./„ - пикритовые. Относительно пониженной стобладают пикритовые базатьты, причиной чего является высокая насыщенность пород летучими компонентами, обусловившая наибольшую, по сравнению с другими

породами, пористость и значительный объем, слагаемый миндалинами. Тем не менее, средняя плотность покровов обнаруживает зависимость от содержания окиси магния (Э.П.Линд, 1984). Латеральное повышение содержаний пикритовых базальтов на участках оз.Ламы и Талнахского рудного узла сопровождается ростом плотности. Зффузивы хаканчанской и третьей пачки гудчихинской свит имеют наименьшие из всех разностей базальтов района ./,, ./„ и а . Плотность туфогенных пород обеих свит по площади изменяется согласно (при этом у гудчихинских она всегда выше). Туффиты хаканчанской свиты в большинстве случаев немагнитны.

Базальты туклонской свиты имеют широкие пределы изменения плотности и намагниченности покровои. Значимых различий в физических свойствах между петрографическими типами эффузивов в пределах отдельно взятых участков не обнаружено. Однако ег,./, и ./„ всех литологиче-ских разностей базальтов по площади изменяются согласно с латеральным изменением магнезиальности. К северу, югу и западу от долины р.Микчанды и оз.Ламы плотность эффузивов уменьшается, а намагниченность - растет. Высокомагнезиальные базальты характеризуются низкими ./„ ./„ и высокой а . В петрофизическом разрезе Микчандинского дифференцированного потока изменение х. Л и сгсогласуется с составом и отвечает условиям кристаллизации горизонтов.

Породы первой и второй пачек надеждинской свиты по физическим свойствам, как и туклонские, между собой близки, несколько большей намагниченностью отличаются базальты с порфировой и гломеропорфировой структурами. Повышение плотности эффузивов отмечено в разрезах западного борта Тунгусской синеклизы, незначительный рост намагниченности происходит от центральной части района к его границам. Гломеропорфи-ровыс базальты и туфы третьей пачки относительно других пород свиты имеют большую./,,.

В разрезе моронговской свиты выделяют юряхско-калтамннскую пачку, сложенную субщелочными трахибазальтами с высокой плотностью и намагниченностью, а также высокомагнезиальными эффузивамн, отличающимися низкими значениями 0„. Плотность и намагниченность бази-товых эффузивов свиты нормальной щелочности, по сравнению с базальтами дифференцированной части туфолавовой толщи (ивакинская-надеждинская свиты), повышены. В зависимости от структуры, плотность эффузивных пород возрастает в ряду иойкилоофитовые - афировые - порфировые базальты, вулканогенно-обломочных - от псефитовых туфов через псеммитовые, к алевритовым и агломератов«м, а наибольшую сг имеют пелнговые. По./, туфогенные породы близки к эффузивным, но имеют низкие значения 0„.

Базальты мокулаевской-самоедской свит имеют тенденцию зависимости физических свойств от структуры подобную моронговским, при

этом наибольшие плотность и намагниченность - у гломеропорфировых базальтов. В некоторых покровах наблюдается смсна между структурами пород. Гломеропорфировые базальты в таком случае наиболее плотные и приурочены к подошве, а афировые - к кровле покровов. Индуктивная намагниченность пойкилоофитовых и афировых базальтов обычно ниже, чем порфировых и гломеропорфировых. В эффузивах хараелахскон-самоедской свит значительное число штуфов имеет аномально высокую остаточную намагниченность. Все породы недифференцированной серии по физическим свойствам близки между собой, но при обобщении статистически больших выборок обнаруживается рост ст,./,, ./„ и О,, вверх по разрезу.

Глава 4. Направления векторов остаточной намагниченности вулканогенных пород

В палеомагнитном отношении туфолавовая толша расчленяется на две пачки: первая включает в себя ива к и некую свиту, имеющую обратную полярность первичной остаточной намагниченности, ко второй относятся все вышележащие свиты с нормальной полярностью. Сопоставление палео-магнитных разрезов разных структурно-фациальных зон Норильского района показывает хорошую корреляцию между направлениями ./„ соответствующих вулканогенных свит. Склонение Т„ по разрезу туфолавовой толщи в целом меняется закономерно, от юго-юго-восточного до северного, по синусоиде с двумя периодами. Границы между этапами магматизма фиксируются резкими, скачкообразными изменениями склонения. Единственный изученный на предмет палеомагнетизма покров туффитов хакан-чанской свиты, сложенной вулканогенно-осядочными породами, по склонению ./„ ближе к эффу.чивам подстилающей гудчихинской свиты, чем к перекрывающим ее базальтам туклонской свиты. Поэтому границы между этапами, определявшиеся по смене эффузивного вулканизма на эксплозивный, предлагается проводить по кровле мощных туфогенных горизонтов.

Отрицательным наклонением векторов тсрмоостаточной намагниченности (./,.,) характеризуются только л паки некие базальты. В покровах, где у образцов низкие значения параметра Кенигсбергера ({>„<1.5), распределение направлений векторов ,/„ не соответствует фишеровскому, наклонения меняются от крутых положительных до пологих отрицательных при склонениях 01 северо-восточных до юго-западных. У вышележащих базальтов сыверминской-самоедской свит, за исключением отдельных покровов, наклонения остаются постоянно крутыми положительными при высокой кучности векторов и выборках. Спорадически встречающиеся в разрезах мо-ронговской-кумгинской свит потоки, в которых отмечаются обратно намагниченные образцы, определенного стратиграфического уровня не имеют.

Кроме выделявшихся предыдущими исследователями видов аномальной остаточной намагниченности, были изучены ./„ вулканогенных пород

мз экзоконтактовых зон. трапповых интрузий, в которых величины и направления Т„ изменяются в соответствии с метасоматической зональностью я генезисом ферромагнетиков. Были исследованы опацитизированные базальты, у которых величина ./„ оказалась на порядок выше, чем у неизмененных пород. О термоостаточной природе намагниченности позволяет говорить высокая температура, при которой происходит замещение пиро-л-сенов мелкокристаллическими продуктами разложения, обусловившая высокую кучность векторов ./„ . В разрезе самоедской свиты два покрова, имеющих самый высокий гипсометрический уровень, обнаруживают значительное количество обратно намагниченных образцов (до 50%), на основании чего ранее был сделан предварительный вывод о завершении вулканической деятельности в эпоху инверсии магнитного поля (Э.Н.Линд, 1990). Хаотичное распределение направлений и аномально высокие величины ,/„ потребовали дополнительного изучения образцов из ггих покровов. По своей природе и магнитным характеристикам к известным видам аномальной остаточной намагниченности этот случай не относится. Образцы имеют бимодальное распределение по величинам ./„ , первый экстремум меньше средней величины остаточной намагниченности аналогичных пород (1.0-2.0А/м), второй - значительно выше (7.5-10.0А/м). Зсе образцы с аномально высокой и часть образцов с пониженной величиной ./„ имеют отрицательное наклонение векторов. Размагничивание переменным магнитным полем позволило разделить образцы с пониженной ./„ на две группы: со стабильной ((>„>1.5) и нестабильной остаточной намагниченностью (0„ - 0.4-1.5). Группа образцов со стабильной ./„ имеет отрицательное наклонение векторов при юго-западном склонении. В полях /7=4000А/м наблюдается незначительное увеличение ./,„ свидетельствующее о снятии вязкой составляющей. Во второй группе образцы имеют пологие отрицательные и положительные наклонения ./„. При воздействии переменного магнитного поля направления ./„ меняются на большие углы, л величины, после резкого спада при //=20000А/м, растут, свидетельствуя о присутствии нескольких разнонаправленных компонент. Образцы с аномально высокими величинами./,, (6.0-25.0А/м) характеризуются хаотичными распределениями направлений с преобладанием крутых отрицательных наклонений. Химический силикатный анализ покачал, что окисленность келеза в этих покровах невыдержана и коррелируется с величиной ./,... Это лозволило сделать вывод о химическом происхождении основной доли ./„, три окислении ферромагнетиков после кристаллизации пород. Все группы ¡стабильные, нестабильные и аномальные по величине./,,) отличаются раз-нон степенью изменения пгганомагнетита. В образцах с ./„ , стабильной к г/, под микроскопом и термомагнитным анализом установлен гематит.

Наличие химической намагниченности (./„.) потребовало пересмотра грядиционных представлений о компонентном составе./,, базальтов района. Вязкая намагниченность (,/,,,) эффузивов определялась размагничиванием

методом компенсации в магнитном поле Земли, посредством изучения направлений ./„ базальтовой гальки из моренных отложений четвертичного возраста, температурным размагничиванием, а для базальтов ивакинской свиты - и методом обращения, подтвердившим близость перемагничи-вающего поля х современному. Все способы определения ./„. дали схожие результаты. Наибольший вклад.У,т в./„ зафиксирован у эффузивов ивакинской, туклонской, моронговской и вышележащих свит (величина нестабильной составляющей - до 3.5 А/м), а у базальтов сыверминской, гулчи-хинской и надеждинской свит./п. не превышает 0.5 А/м. Заметного влияния на направление ./,„ при положительном наклонении ./,-,,вязкая намагниченность не оказывает. В большинстве образцов базальтов основной составляющей остаточной намагниченности является ./„, хорошо изученная предыдущими исследователями (Б.В.Гусев, 1967; С.Д.Сндорас, 1986 и др.). Широкие вариации отношения ./„./,; обусловлены значительной "оста-' ренностью" J„ и многокомпонентным составом ./„. Присутствие химической намагниченности, исследованию которой до сих пор не уделялось должного внимания, доказывается начичием корреляции между /■'c/fj íFc¡()j+Fc()J и К, а также результатами размагничивания базальтов. Возникновение Jrc связано с процессами распада магнетит-ульво-шпинелевого твердого раствора и низкотемпературным окислением егс продуктов. K./r¡. следует относить и намагниченность, обусловленную мелкой рудной сыпью, появляющейся при девнтрификации базальтового стекла и приводящей к большому разбросу направлений при высоких величинах .]„. Заметное количество ферромагнетиков этого происхождения возможно лишь в лавах с высокой вязкостью и низкой железистостью. Присутствие Jn, образование которой растянуто во времени, приводит к '"омоложению" палеомагнитного возраста пород. Так как основная доля первичного магматического титаномагнегита претерпевает распад в течение 7-10 млн. лет после образования пород, то среднее направление J„, за счет должно соответствовать средне-позднетриасовому полюсу. Следует заметить, что взаимодействие J,т, появившейся в эпоху-инверсий, с J» нормальной полярности, приводит к большому разбросу направлений J,,. Идеальная намагниченность, возникновение которой связано с грозовыми разрядами, отмечается крайне редко.

По зависимости величины остаточной намагниченности от амплитуды размагничивающего поля J,,(H) все изученные образцы разделяются на две группы. Направление ./„ образцов со стабильной к И остаточной намагниченностью меняется на небольшие углы и обусловлены какой-либо одной преобладающей компонентой. Проекции векторов J„ при разных амплитудах У/ образуют несколько обособленных областей, до чистки выделяющихся слабо. При Н= 16000А/м средние направления одной из них приближаются к направлению современного магнитного поля, второй - ран-нетриасового поля "нормальной'" полярности, а третьей - поля эпохи ни-

версии. При воздействии Н—32000А/м кучность векторов двух первых областей уменьшается, а третьей - увеличивается и ее среднее направление близко к позднетриасовому. Вторую группу образуют штуфы с J,l, нестабильной к Н. Направление векторов в ходе размагничивания изменяется значительно, их проекции занимают самые разные положения. Уже при Я=4000А7м наблюдается спад величины ./„ на 30-50%. Величина и направление ./„ меняются незакономерно, что позволяет говорить о ее многокомпонентном составе. При Й=12000-20000А/м, выделяется область группирования проекций векторов ./,„ совпадающая но границам и среднему направлению с "трапповой" областью стабильных образцов. Всего по результатам размагничивания выделено две разные компоненты, соответствующие./„ и Размытая область, проецирующаяся в верхнюю полусферу, соответствует,/,,.

Глава 5. Влняние генетических особенностей пород на их физические свойства Зависимость плотности базальтов от химического состава осложняется влиянием условий кристаллизации. Повышение содержаний Sl(): и Л1Ю.1 приводит к уменьшению о пород, а Си(), 1-е О и других - к увеличению. Наличие обратной корреляции между ) и .ЧЮ_>у пикритовых базальтов отражается более высокой с покровов с большей магнезиальностью. "Скрытая дифференциация", заключающаяся в росте петрохимического параметра "Л" от ранних свит к поздним, сопровождается общим повышением <х эффузивов от более древних к молодым (Э.Н.Линд,1984). У субщелочных и высокомагнезиальных базальтов, за счет разного характера связи между породообразующими окислами и высокой насыщенности летучими, эта закономерность нарушается. На минеральном уровне гттем выше, чем лучше раскристаллизованы породы и имеют большие содержания темноцветных минералов.

Намагниченность базальтов, как и плотность, возрастает от нижних свит к верхним. Рост % туфогенных пород согласуется с увеличением 1е2()? 1'еО от ранних вулканогенно-осадочных пород к поздним, для эффузивных пород такой закономерности не обнаруживается, что подчеркивает различия в генезисе ферромагнетиков пород разных субформаций. Резкое увеличение ./, и ./„ на граннце надеждинской и моронговской свит согласуется с повышением общего содержания железа вследствие изменения условий глубинной дифференциации трапповой .магмы. Зависимость величины ./„ образцов от окисленности железа является результатом гипергенных изменений ферромагнетиков и заметна лишь внутри отдельных покровов. Следовательно, для каждого петрохимического параметра связь с физическими свойствами проявляется лишь на определенном статистическом

уровне, что обусловлено различными масштабами проявления процессов-« разной природой связи.

Главными ферромагнитными минералами базальтов Норильского района являются продукты распада и высокотемпературного окисления-маг";-тиг-ульвошпинелевого твердого раствора: магнетит, ильменит, ульвоуг®-пель. Высокотемпературное окисление ферромагнетиков подтверждается микроскопией и термомагнитными характеристиками базальтов. Низкотемпературная фаза с точкой Кюри 200-220"С сохраняется только у высокомагнезиальных базальтов и соответствует титаномагнетиту с содержанием ульвошпинели 60%. Результаты пересчетов химакализов ферромагнитной фракции разных исследователей (Э.Н.Линд, 1968; В.В.Рябов,1977 к др.) показывают, что в исходном составе титаном а гнетита присутствовало от 70% (субщелочные базальты) до 40% (эффузивы надеждинской свиты) ульвошпинелевого компонента. При этом наблюдаются изоморфные примеси Мп\ ~. Максимальное содержание магнетита (96-99%) зафиксировано в туфогенных породах и базальтах, подвегшихея контактовому метаморфизм}'.

При контактово-метасоматическом воздействии трапповых интрузий на вмещающие вулканогенные породы, и соответствии с изменениями и новообразованием ферромагнитных минералов, выделяется несколько ромагнигных зон. На прогрессивной стадии метаморфизма происходило разрушение черничных ферромагнетиков, поэтому роговики практически немагнитны. Следующая зона, где произошло разрушение мелких зерен, а крупные сохранились и при серпентинизации железистых силикатов выделялся вторичный магнетит, характеризуется низкими значениями ■/„ и О,,. На поздней щелочной стадии на периферии ореола происходило отложение мелкой магнетитовой сыпи, определившей низкую ./',• и высокую ./,,. Направление .!„ в зонах конгактово-метасоматического воздействия интру-Ш1! определяется суммой ./„, ./,<, -¡п- и появившейся б результате прогрезг. парциальной .¡гр1. Меньшую вязкость имеют породы с мелкодисперсным магнетитом поздней щелочной стадии.

Изменение плотности вулканогенных пород на разных стадиях конгактово-метасоматического процесса имеет разную направленность. На прогрессивном этапе за счет девитрификацни стекла, увеличения основности плагиоклаза, образования минеральных ассоциаций с высокой плотностью (пироксены, амфиболы) происходит увеличение <т базальтов (в среднем до 2.94 г/см!). На метасоматической стадии, благодаря альбитиза-цни плагиоклаза, развитию вторичных минералов, увеличению пористости, плотность эффузивов понижается. Чем выше степень изменения пород, тем ниже ст. У туфогенных пород плотность в экзоконтакговых ореолах обычно повышена за счет отложения минералов в перовом пространстве. Зоне пропилитов, приуроченная к мощным рудоносным интрузиям и г/аяадвул-

каническим постройкам, охватывает большие объемы вулканитов и имеет общее понижение плотности и намагниченности. Анализ физических свойств вулканогенных пород рудных узлов показывает, что породы на-деждинской и нижележащих свит имеют пониженные, по сравнению с другими участками, значения плотности и намагниченности. Следовательно, пропилитизация охватывает вулканогенные породы только этого возраста. Учитывая характер изменения склонения остаточной намагниченности по разрезу туфолавовой толщи и направления ./„ рудоносных интрузий, а также данные по геохимии и геологии траппов других исследователей, наиболее вероятным возраст интрузий норильского комплекса следует считать посленадеждинский-доморонговский.

Глава 6. Петрофизические модели туфолавовой толщи

При петрофизическом моделировании туфолавовой толщи Норильского района использовались различные подходы. Физические свойства вулканогенных свит определялись либо как среднее арифметическое из средневзвешенных значений по изученным разрезам (Г.Т.Стифеева, З.В.Самусенко, 1979), либо как математическое ожидание по всем породам без учета литологии пород в выборке (С.М.Фивег,1988). Погрешность моделирования определялась влиянием "аномалышх" разрезов, погрешностью интерполяции, надежностью стратиграфического расчленения и другими факторами.

На основе анализа средневзвешенных значений физических свойств было установлено, что они в большей мере определяются составом разрезов. Это обусловлено более контрастной дифференциацией пород по физическим свойствам по сравнению с их латеральной изменчивостью. Поэтому, учитывая стратифицированное залегание туфолавовой толщи, значения физических свойств свит можно рассчитывать для каждого конкретного разреза с известным геологическим строением. Для этого достаточно знать мощность свит и объем^слагаемый в их разрезе каждым типом пород, а средние для всех структурно-фациальных зон значения плотности и намагниченности каждого типа пород приведены в реферируемой работе. Расчеты этим способом для эталонных разрезов подтвердили большую степень приближения к реальным значениям. Различия между ра<?штаными и полученными в результате непосредственных измерений значениями плотности свит составляют ±0.05г/см\ намагниченности ±30 % причем для большинства разрезов расхождение значительно меньшее.

В зависимости от масштаба и задач исследований, модели могут иметь разный вид и отличаться степенью формализации моделируемых параметров. В петромагнитном разрезе туфолавовой толщи можно выделить семь структурно-вещественных комплексов, совпадающими по границам со свитами, различающимися химизмом, условиями накопления, а следовательно и физическими свойствами. Первый, с намагниченностью 0.5-2.5

А/м и плотностью от 2.72 до 2.78 г/см\ отвечает субщслочной ивакинскок сайте. Второй, с намагниченностью 0.7-1.ОА/м и плотностью 2.70-2.74г/см\ объединяет остальные породы первого этапа магматизма. Третий, имеющий плотность 2.72-2.80 г/см\ намагниченность - 1.0-2.5 А/м, включает в себя туклонскую и надеждинскую свиты. Четвертый совпадает с моронговской свитой, обладающей намагниченностью 3.0-4.5 А/м к плотностью 2.70-2.77 г/см'\ Пятый, мокулаевская свита, имеет намагниченность, близкую к четвертому - 3.0-5.0 А/м, но большую плотность -2.77-2.86 г/'сы\ Шестой соответствует хараелахской свите, с плотностью 2.80-2.85 г/см"\ намагниченностью - 4.0-5.5 А'м. Седьмой, кумпшская i; самоедская свиты, характеризуется плотностью 2.83-2.86 г/см3 к намагниченностью 4.5-5.5А/М. Для мелкомасштабного картирования количестве структурно-вещественных комплексов может быть уменьшено до двух: первый объединяет нижнюю дифференцированную часть, а второй - верхнюю недифференцированную, соответственно характеризующиеся плотностью 2.70-2.75 г/см-' и 2.78-2.82 г/см1, намагниченностью - 1.0-2.ОА/м к 3.5-4.5А/м. Для построения региональных геолого-геофизических разрезоЕ туфолавовую толщу можно представить в виде одного комплекса (плотность 2.73-2.80 г/см1, намагниченность 1.5-3.5А/м).

Глава 7. Приложение петроДжзических исследований для решения геологических задач Палеомагнитные полюса вулканогенных свит, несмотря на узкий временной интервал образования, характеризуются большим разбросом (от 32°с.ш. до 78"с.ш. и от 107(в.д. до 164°в.д), и, как ожидалось, за счет влияния химической намагниченности, они расположены мех;ду ранним и средним триасом (Ф=57"с.ш„ А=138"с.ш.). Наиболее хорошие результаты даю размагничивание переменным магнитным полем с амплитудой 16000А/м: полюса "трапповой" области ./„ образцов располагаются близко к позднепермскому(Ф=43°с.ш., А=138''в.д.).

Приведенные палеомагнитные данные свидетельствуют о том, что вулканическая деятельность вместилась в два ортохропа - прямой и обратный, то есть согласно магнитостратиграфической шкале не превышала 4 млн. лет. Корреляция осей магнитных аномалий Обского палеокеана с па-леомагнитными разрезами туфолавовой толщи разных структур Сибирской платформы подтверждает, что проявления вулканизма в Норильском районе были наиболее ранними. Возраст норильских эффузивов, определенный по соотношению Аг"7Аг4" (Р.Renne, 1991), составляет 248.3±0.3 млн.лет, эту датировку можно применить и к последней пермской инверсии (ивакинская свита). Химическое происхождение основной доли .'„ верхних покровов доказывает, что накопление базальтовой толщи в районе закончилось до первой ранне фиасовой инверсии, в сопредельных территориях зоны обратной полярности в верхних частях туфолавовой толщи фик-

сиругат продолжение вулканической деятельности. После завершения вулканической деятельности магматизм здесь проявлялся исключительно в интрузивной форме. Если принять, что изменение склонения ./„ по разрезу туфолавовой толщи отвечает выделенным на одновозрастных осадках Русской платформы палеовекоиым вариациям магнитного поля с периодом 3.5-5х Ю'лет, то продолжительность вулканизма в Норильском районе, составит 0.7-1.0 млн. дет, что согласуется с определениями по Аг^Лг4" (В.Оаг1утр1е, 1991) в 0.8-1.8 млн. лет.

Характер латеральной изменчивости физических свойств субщелочных базальтов указывает на магмоактивность в эпоху вулканизма четырех субочаговых зон: Норильской, Ссверо-Хараелахскои, Мнкчапдинской и Южно-Норильской, расположенных в зонах пересечения крупных разломов и фиксирующихся большим количеством диатрем. По физическим свойствам пикритовых базальтов в гудчихинское время выделяются Норильская и Северо-Хараелахская субочаговые зоны, в туклонское -Микчандинская и Норильская.

Согласно расчетному составу исходного титаномагнетита, глубина промежуточных очагов субщелочных расплавов составляла от 70 до 60 км, у высокомагнезиальных лав гудчихннской свиты - до 50 км, а у надеждин-скич базитовых зффузивов около 35 км. Расплавы недифференцированной серии по-видимому имели промежуточные очаги на глубине, близкой к границе Мохоровичича (=40 км).

Пульсация тектонических напряжений в первый и второй этапы магматизма привела к дифференциации вулканогенных пород по физическим свойствам. В третий этап, когда на севере Сибирской платформы установился режим растяжения земной коры, благоприятный для образования ферромагнитных минералов, шло накопление недифференцированной серии с повышенной намагниченностью.

По результатам анализа физических свойств выделен комплекс приз-лаков для уточнения границ вулканогенных свит. Наиболее простыми и информативными показателями являются магнитная восприимчивость и направление остаточной намагниченности. Резкое изменение % покровов свидетельствует о смене состава пород и условий накопления туфолавовой голши и фиксирует границы между вулканогенными свитами. Наиболее ;<онтрастнь!е различия по / наблюдаются между породами ивакинской и сыверминской, сыверминской и гудчихинской, надеждинской и морон-говской свит. В комплексе со статистическими показателями з разрезах удается расчленить и другие свиты. По направлениям ./„ установить границы возможно лишь в том случае, если к ним приурочен временной перерыв з накоплении вулканитов или инверсия магнитного поля (.между гудчихинской и туклонской, надеждинской и моронговской, ивакинской и сыверминской свитами).

Анализ результатов интерпретации потенциальных полей, проведенных разными авторами показал, что несмотря на сложную физико-геологическую обстановку, на основе моделирования помех, обусловленных туфолавовой толщей, возможно выделение аномалий дТа и соответствующих рудоносным интрузиям. При этом наблюдавшаяся в отдельных случаях значительная погрешность в подборе гравитационного и магнитного полей вулканогенной толщи была обусловлена тремя основными причинами: неправильной оценкой влияния контактово-метасоматичгских процессов на физические свойства, неучетом латеральной изменчивости плотности и намагниченности, неправильным определением величины намагниченности туфогенных пород моронговской и мокулаевской св;;т. Приведенные в рабозе данные позволяют решить эти проблемы.

Заключение

В результате проведенных исследований было сформирована несколько видов петрофизических моделей, различающихся масштабом, подходом к моделированию и степенью формализации исходных данных. На основе приведенных данных показано, что физические свойства туфолавовой толщи для разрезов с известным геологическим строением можно расчитывать с приближением, достаточным для физико-математического моделирования потенциальных нолей.

Было установлено, что рост,намагниченности вверх по разрезу связан со сменой пульсаций тектонических напряжений на режим растяжения, а латеральная изменчивость физических свойсто согласуется с магмоактив-ностью соответствующих структурно-фациальных зон и изменчивостью химизма лав. На основе эмпирически установленных закономерностей связи физических свойств с составом было определено, что различные петро-химические параметры влияют на плотность и намагниченность в разной степени и проявляются лишь на своем уровне статистического обобщения, определенном масштабами процессов.

В экзокот акте трапповых интрузий было выявлено закономерное изменение физических свойств, отражающее контактово-метасоматическую зональность, и обнаружено, что рудные узлы и участки, насыщенные па-леовулканическими постройками, отличаются пониженными значениями физических свойств пород.

По результатам термомагнитного анализа и данным химических анализов ферромагнитной фракции, сделанных разными авторами, был расчи-тан состав первичного титаномагнгтита базальтов. Установлено, что ь большинстве пород намагниченность определяется продуктами его распада и высокотемпературного окисления, а низкотемпературное окисление б отдельных потоках привело к появлению химической намагниченности, которая может иметь обратную полярность. Носыс данные позволили уточнить палеомашктный разрез туфолавовой толши, сделать возрастног

сопоставление вулканогенных пород района и сопредельных территорий. Проведенные исследования помогли выяснить отдельные черты геологического строения и истории пермско-триасового магматизма, которые в дальнейшем могут быть использованы для геодинамических реконструкций эпохи траппового магматизма и прогноза новых перспективных площадей.

По теме диссертации автором сделаны следующие публикации:

1. Кропотов C.B., Линд Э.Н., Мурзнна Т.С. Определение магнитных сбойств образцов на базе серийной аппаратуры. / Петрофизика рудных месторождений. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара (16-18 мая 1990 г., г.Ленинград). Ленинград, НПО "Рудгеофизика", 1990, с.38-39.

2. Кропотов C.B. Связь латеральной изменчивости физических свойств траппов Норильского района с тектоническим режимом магматизма. / Актуальные проблемы региональной геологии Сибири (стратиграфия, тектоника, палеогеография, минерагения). Тезисы докладов научно-практического совещания 16-18 декабря 1992.г. Новосибирск, СНИИГ-ГиМС, 1992, с.94-95.

3. Czamanske G.K., Dalrymple G.B., Lind E.N., Kropotov S.V., Fedorenko V A., Wooden J.L., Walker R.J. The Siberian plume- Additional constraints (abstr.). / EOS (Trans. Amer. Geophys. Union), 1993, 74, p.555.

4. Lind E N., Kropotov S.V., Czamanske G.K., Gramme S.C., Fedorenko V.A. Paleomagnetism of the Siberian flood basalts of the Norilsk's area: A constraint on eaiption duration. ! International Geology Review, 1994, vol.36, p.l 139-1150.

5. Линд Э.Н., Кропотов C.B. Магнитостратиграфия туфолавовых толщ севера Сибирской платформы. / Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях. Сборник материалов Всероссийского научно-технического совещания (18-21 марта 1996 г.). Томск, ТПУ, 1996, с.83-84.

6. Кропотов C.B. Изменение физических свойств вулканогенных пород Норильского района при контактово-метасоматических процессах. / Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях. Сборник материалов Всероссийского научно-технического совещания (1821 марта 1996 г.). Томск, ТПУ, 1996, с.90-91.

Подписано в. печать 24.04. 19Э6 г.

бумага пмс. Печать оффеетная

Усп. печ. листов- 1.2 п.л. Формат 60X80/16

Тмраж 100 Заказ