Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Структура Прибалтийского бассейна горючих сланцев и фосфоритов

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Автореферат диссертации по теме "Структура Прибалтийского бассейна горючих сланцев и фосфоритов"

С.! ' 5

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССКОЙ ССР ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ И ГЕОФИЗИКИ

На правах рукописи Туулинг Игорь Ильмарович

УДК £551.243 (474.23+474.2)

СТРУКТУРА ПРИБАЛТИЙСКОГО БАССЕЙНА ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ И ФОСФОРИТОВ

Специальность 04.00.04. геотектоника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Минск - 1990

Рабата выполнена в Институте геологии Академии Наук Эстонии.

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических

наук, зав. отделом ИГ АН Эстонии Пуура В. А.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, ведущий научный сотрудник Сувейздис П.И.(ЛитНИГРИ) кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Зиновенко Г.В. ( Институт геохимии и геофизики АН БССР)

Ведущая организация: Всесоюзный ордена Ленина научно-

исследовательский геологический институт (ВСЕГЕИ)

Запита состоится 18 мая 1990 г. в "ЧА" часов на заседании специализированного совета К 006.26.01 в Институте геохимии и геофизики АН БССР по адресу: 220023, Минск, ул. Кодинская, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геохимии и геофизики АН БССР.

Автореферат разослан и16" апреля 1990 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим выслать в двух экземплярах по адресу! 220023, Минск, ул. Жодинская, 7,Институт геохимии и геофизики АН БССР.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат геолого-минералогических наук Н.Н.Левых

. v... .• -л.' ; : , i

; ; г 1

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В связи с возрастанием за последние годы интереса к рентабельному и экологически безвредному использованию горючих сланцев и фосфоритов Северной Прибалтики заметно увеличился интерес к геологическому строению бассейна. С тектоникой самым тесным образом связаны горно—геологические, гидрогеологические, горнотехнические, экологические,

экономические и др. аспекты освоения и разработки месторождений кукерситов и фосфоритов. Результаты структурно—геологических исследований являются основой для разнонаправленных исследований в области стратиграфии, литологии и фациального анализа, гидрогеологии, инженерной и горной геологии, сейсмогеологии и сейсмотектонического районирования.

Цель работы. Изучение структуры платформенного чехла и в особенности каледонского структурного комплекса на южном склоне Балтийского щита, выяснение особенностей залегания полезных ископаемых — горючих сланцев и фосфоритов , уточнение строения, типизация и выявление закономерностей распространения и Формирования тектонических нарушений и связанных с ними вторичных изменений пород,тектоническое районирование

Прибалтийского бассейна горючих сланцев и фосфоритов(ПБСФ).

Основные задачи исследования; 1>Сбор, систематизация и картографическое обобщение фактического материала геологосъёмочных, поисковых, разведочных и др. работ, проведенных на территории Эстонии и в западной части Ленинградской области.

2)Систематическое описание структурных элементов ПБСф.

3)Изучение роли разновозрастных процессов денудации в Формировании современного рельефа и современной структуры ПБСф.

4) Оценка роли линейных зон тектонических нарушений в доломитизации фосфоритоносного комплекса и анализ вторичных изменений пород в самих зонах нарушений.

Научная новизна. 1)Впервые составлена единая структурная карта (м-ба 1:200 ООО) осадочного комплекса всей промышленной и перспективной части ПБСФ в пределах ЭССР и западной части Ленинградской области. 2)Выявлено и описано разломно—блоковое строение ПБСФ. 3)Выделен и описан ряд новых зон линейных нарушений. 4) На основе детального анализа мощностей впервые в регионе показаны возможные возрастные различия в развитии зон линейных нарушений . 5)Показана существенная роль додевонской

эрозии в формировании наблюдаемого ныне рельефа средней и восточной части ПБСО- 6)Детально изучены трещиноватость, минеральный и микрокомпонемтный состав заполнений трещин в ранее малоизученной западной части ПБСф, получены новые данные о геологической позиции раннеордовикских осадочных жил на о-ве Осмуссаар. 7)Выявлена повышенная магнезиальность

фосфоритрмосного комплекса в зонах линейных нарушений, определены некоторые петрофизические свойства и выявлены их изменения в зонах доломитизации линейных нарушений.

Практическая ценность работы заключается в том, что выявленные и изображенные на структурной карте основные черты тектоники северной части Эстонии и западной части Ленинградской области являются основой для конкретного прогноза

структурных и горно—геологических условий бассейна полезных ископаемых , что в свою очередь облегчает« а)прогнозирование возможных мест осложнений в залегании залежей и ухудшения качества фосфоритов и горючих сланцев , осложнения горногеологических и горно—гидрогеологических условий разработки месторождений, б)описание гидрогеологических условий как отдельных местораждений, так и бассейна в целом, в)прогноз возможных экологических последствий разработки полезных ископаемых.

Реализация работы. Результаты данного исследования были использованы: 1)при проектировании и проведении геологической разведки Раквереского месторождения фосфоритов и диктионемовых сланцев в Северо-Западной Эстонии, 2)при составлении гидродинамической модели Раквереского месторождения фосфоритов и окружающей его территории и прогнозировании возможных экологических изменений при добыче фосфоритов.

Использованные_материалы. В основу диссертации

преимущественно вошел большой объем фактических данных по поисковым, разведочным и съемочным работам, проведенным в течение почти 50 лет разными геологическими организациями (в основном ПО Эстонгеология, ПО Севзапгеология и Институтом геологии АН Эстонии) на площади более чем 15000 км. Автором собраны и обобщены данные более 5000 скважин разной глубины разведки (в том числе по более 250 скважинам, вскрывшим кристаллический фундамент), а также результаты многолетних исследований горных выработок действующих сланцедобывающих предприятий. Изучение и анализ закономерностей разных свойств трещиноватости и заполнений трещин в большей части основывается

на полевых исследованиях автора, проведенных по 15 обнажениям и разрабатываемым карьерам горючих сланцев, в результате чего собрана коллекция проб, в т.ч. 37 проб для лабораторного минералогического и геохимического изучения материала заполнений трещин и вмещающих пород. По профилю из 6 скважин на Раквереском месторождении фосфоритов было отобрано более 140 проб по 7 слоям для изучения петрофизических свойств пород в зонах линейных нарушений. По 104 из них были изучены плотностные, магнитные, электрические и упругие свойства пород.

Апробация работы и публикация. Отдельные положения диссертации докладывались на VII , XI и XII совещаниях по тектонике Белоруссии и Прибалтики и на семинарах в Институте геологии АН ЭССР. Основные результаты исследований опубликованы в отдельных главах двух монографий и в 7 статьях (из них 5 в соавторстве).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, изложенных на 213 страницах машинописного текста. Работа содержит ¿0 рисунков и 18 таблиц. Список использованной литературы включает 199 наименований.

Автор искренне признателен за советы, критические замечания и помощь в оформлении многим коллегам, особенно своему научному руководители, заведующему отделом геологии полезных ископаемых ИГ АН Эстонии кандидату геолого—минералогических наук В.А.Пуура и старшему научному сотруднику ИГ АН Эстонии, кандидату геолого—минералогических наук Р.М.Вахеру.

I ИЗУЧЕННОСТЬ РЕГИОНА

Под названием Прибалтийский бассейн горючих сланцев и фосфоритов (ПБСФ) в данной диссертации описана наиболее продуктивная, имеющая промышленное значение часть территории распространения горючих сланцев и фосфоритов на северо-западе Русской плиты, от Западной Эстонии до меридиана г. Веймарн в Ленинградской области. Здесь находятся два эксплуатируемых — Эстонское и Ленинградское — и перспективное Тапаское м—ния горючих сланцев, эксплуатируемые Маардуское и Кингиссепское м-ния фосфоритов, а также перспективный Раквереский фосфоритоносный район. Интенсивно разрабатываемые, а также перспективные площади месторождений покрыты сравнительно равномерной сетью скважин детальной и предварительной разведок, вся остальная территория бассейна покрыта неравномерной сетью

скважин крупно- или сроднемасштабных геологических съемок и поисковых работ. Большое количество скважин (более 20 ООО) и достаточная их густота позволили автору составить структурну» карту вышеукаоанной территории масштаба 1i200 ООО и провести ее детальный структурный анализ.

В накоплении данных и в развитии представлений о структуре ПЕСО можно в общих чертах выделить три этапа, тесно связаных с развитием общих Геологических знаний, в частности с развитием учения о древных платформах! 1) начало XIX - 20—е годы XX века - связано с экспедиционными работами, в преобладанием большинстве палеонтологической и стратиграфической

направленности, в ходе которых постепенно выяснились латеральные и вертикальные изменения и возрастные соотношения разных типов пород; 2)в 20 - ЗО—е годы XX века - был достигнут качественно новый уровень в структурно—геологических исследованиях в региона в связи с привлечением геофизических методов в основном для объяснения строения глубинных структур кристаллического фундамента и с началом геологоразведочных работ на горючие сланцы и фосфориты; 3) с 40-х годов XX века до настоящего времени - на этот этап приходятся систематические и планомерные поисково-разведочные работы на месторождениях горючих сланцев и фосфоритов и комплексная разномасштабная геолого—гидрогеологическая съемка всей изучаемой территории. Начинается систематическое описание общей структуры и одиночных структурных элементов указанной площади , осноеополагамщей работой которых можно считать обобщения тектоники СевероВосточной Эстонии (Вахер, Пуура, Эрисалу, 1762). В дальнейшем, на основе накопившихся данных, постепенно уточнялись знания о дислокациях, их типах и морфологии (Вахер, МарДла, 1969¡ Пичугин и др., 1976j Вахер и др., 1978, 1980; Пуура, Кала, 1978). Вышел целый ряд работ, характеризующих общую структуру территории (Пуура, 1974; Тектоника Прибалтики, 1979; Вахер, 1983). Представляемая диссертация является естественным продолжением всех вышеперечисленных работ (в частности диссертации Р.Вахера).

2.СТРУКТУРНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ, СТРУКТУРНОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ И РЕГИОНАЛЬНОЕ ЗАЛЕГАНИЕ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА ПБСФ

В структурном отношении изучаемая территория расположена в северо-западной части Русской плиты, на стыке трех

разномасштабных платформенных структур — субгло£альный Балтийский щит на севере, крупнейшие Балтийская и Московская синеклизы соответственно на юго-западе и иго-оостокв. Этот регион имеет свойственное для плит древних платформ двучленное строение геологического разреза. На эписвекокарельском кристаллическом фундаменте со структурным несогласием залегает слабодислоцированный платформенный чехол мощность» 200-500 м. По структурным особенностям осадочный покров расчленяется на возрастные структурные подразделения — на байкальский, каледонский и герцинский структурные комплексы, которые разделены денудационными поверхностями и характеризуются определенной спецификой распространения фаций и мощностей.

таблица 1. Региональное залегание осадочного чехла и поверхности кристаллического фундамента в ПБСО (в числителе азимут падения, в знаменителе падение в м/км)

структурный комплекс структурный блок

ныва-ский кехра-ский раквере-с ки й кохтла-с кий курепяэ-скии сл&нцев-ский

герцинский — — — — — <68°/ /гл

каледонский 162°/ /г. 7 <60°/ /3.1 175/ /2.7 1 78°/ /з.г 177°/ /2.6 <67°/ / 4.3

байкальский н.с. 184°/ /з.07 180°/ /2.6 <74°/ /3.7 180°/ />3.3 169°/ / >.0

поверхность кристаллического фу ндамента <56°/ / >.Э 170°/ /2.08 <67°/ Угль <77 V /4.25 <64°/ / 2.0 143°/ /3.1

Платформенный чехол на южном склоне Балтийского шита слабо (до нескольких десятков минут) наклонен на »1—юго-восток, что обусловлено таким же падением поверхности кристаллического Фундамента. Накопившиеся за последние десятилетия новые данные об общей структуре и дислокациях изучаемой территории (в некоторой мере они уже были учтены в диссертации Р.Вахера), в

а

частности выявленное разломно—блоковое строение бассейна,

позволили автору уточнить отдельные аспекты определения региональных структурных элементов платформенного чехла. Некоторые различия в элементах отдельных структурных комплексов в ПБСф (таб. 1) обусловлены! а)региональными изменениями структурного плана и мощностей выделенных комплексов, которые зависят от местоположения исследуемого района относительно главных региональных структур (Балтийский щит, Балтийская и Московская синеклизы), б) местоположением выбранных для расчетов буровых скважин по отношению к локальным нарушениям и амплитудой последних. Особое внимание следует обратить на относительно крупноамплитудные главные зоны линейных нарушений (ГЗЛН), которые в большой мере предопределяют оолеганме поверхностей кристаллического фундамента и осадочного комплекса в пределах выделяемых межразломных блоков (тай. 1). Для получения представительных данных о залегании осадочного чехла опорные точки для определения элементов залегания необходимо выбирать в пределах одних и тех же структурных блоков и вне локальных структур.

3. КАЛЕДОНСКИЯ СТРУКТУРНЫЙ КОМПЛЕКС И ПОЛОЖЕНИЕ В НЕМ ЗАЛЕЖЕЙ ООСфОРИТОВ, ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦЕВ И ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ-КУКЕРСИТОВ

Каледонский комплекс отделяется как от нижележащих пород байкальского, так и от перекрывающих пород герцинского структурных комплексов четким несогласием и стратиграфическим пробелом. На изучаемой территории, с учетом формационных особенностей разреза можно выделить два этажа: терригенный нижне-верхнекембрийский и карбонатный ордовикско—

нижнесилурийский.

Нижне-верхнекембрийский терригенный этаж (расчлененная многими стратиграфическими пробелами толща песчаников, алевролитов и глин общей мощностью до 110 м> образовался в тектонически слабо дифференцированном, мелководном морском бассейне. В начальную стадию каледонского этапа территория ПБСф располагалась в пределах переходной зоны между так называемыми западными и восточными бассейнами. В отличие от байкальского этапа, когда главная площадь прогибания оставалась восточнее этой зоны (на территории Московской синеклизы) в начале каледонского этапа центр погружения переместился западнее ее.

И в то и в другое время изучаемая территория временами покрывалась морем, наступавшим соответственно с востока—юго-востока и с запада—юго-запада.

Залежи фосфоритов, диктионемовых и горючих сланцеп приурочены к нижней 20—60 —метровой толще ордовикско— нижнесилурийского этажа, который представлен в основном карбонатными породами общей мощностью до 200 м. Накопление как фосфоритоносных, так и керогенсодержащих отложений происходило на ограниченной, более мелководной территории Прибалтийского ордовикского эпиконтинентального бассейна, в прибрежных условиях вблизи бывшей финской суши. Палеобалтийский ордовикский бассейн оказался своего рода внутриплагформенным, более мелководным переходным бассейном между

периконтинентальными бассейнами на западе (Южная Скандинавия, Северо-Восточная Польша) и внутриконтинентальным Московским бассейном на востоке, которые в свою очередь имели связь с океаническими бассейнами, соответственно на западе и востоке.

4. ДИСЛОКАЦИИ КАЛЕДОНСКОГО СТРУКТУРНОГО КОМПЛЕКСА

Обобщение всех данных о дислокации ПБСО подтвердило , что разработанная Р.Вахером (1983) классификация тектонических нарушений в Северо-Восточной Эстонии вполне применима для всего ПБСФ. Структуру ПБСФ осложняют, главным образом, два разобщенных по месту проявления типа тектонических дислокаций -линейные и брахиформные.

4.1. Главные зоны линейных нарушений (ГЗЛН)

Они распространены повсеместно в пределах ПБСФ, являясь наиболее важными нарушениями. Разными авторами они изучаются уже почти 60 лет. Их сущность, детальная морфология и общая структурообразующая роль были окончательно выявлены в течение последних 15 лет (Вахер, 1974; Пуура, 1974, 1979; Вахер и др., 1978, 1980, в печати; Каттай, Вингиссаар, 1980; Пуура и др., 1983, 1987). Всего в бассейне выделены ЗО таких зон, основные параметры которых приведены в табл. 2.

По морфологии ГЗЛН не соответствуют какому-либо элементарному типу пликативных или дизъюнктивных нарушений. Они наиболее сходны с флексурообразными изгибами, местами осложненными сбросами и зонами дробления. На опущенном и

Характеристика главных зон линейных нарушений ( ГЗЛН ) ПБСФ

таблица 2

"Г

Шртмапиа^шмтуда'1«)

Стр.

иыЖ блок

Нивас -кий

Сланцевс-кий

ГЗЛН (£уквен-НЫЙ ИНДЕКС си. рис. 7)

Пиызаспеаскаа (ГШ) Вихтерпалускаа (Си) Нагрдускав (На) Кайускаа (Ка)

Рапласкаа (Рл)

Ветласкаа (Ве) Па&дескаа (Па)

Вийтнаскаа (Вт) Аасперескав (Аа)

Кахадаскаа (Кх) Ракверескаа (Рк)

Сииеруская (Си) Иныскаа (Ин)

Азсриская (Аз!

Канткиласкав (Кк)

Кийласки (Ни) Рахкласкаа (Рх)

Удрикускаа (Уд) Тудускал (Тд)

Вирунуриескаа (Вр) Ахтиескаа (Ах)

Куртнасиаа (Кр) Вокаскаа (Во)

Вийаиконнаскаа (Вв)

Хуреиаккая (Ку)

Снллаияккав (Си) Сиргаласкаа (Ср)

Загривскаа (Эг)

Нонастырекскаа (Нн) Вейиарискаа (Ви)

Структурные ЭЛЕМЕНТЫ

А-»-С

м-с

А-»-С А-1-С

С-А А-ф

А-$ С А-ф-С

А-ф-С А-ф-С

А-ф-С ф-А

И .

ф-А-С

ф-А »-А-С

А

А-ф-С

А-ф-С А-1-С

ф-А-С-Р А-ф

А-1 А-»-С

А-» ф-А

ф-А-С »-А-С

»-А А-ф-С

Азииут !{лина!1ирина!Верхнее!

простира-!(ки) ния !

---------1----

350-10° I 40

345-3» 45-45' 20-40°

40-40°

330-340°! 30

10-50° I >90

--------1-----

10-40°! >40

350-340°! 19 20-30 ° ! >25

290-20 ° ! >30 240-300°! 13

280° ! 9 15-85° ! >100

270° 40-70°

1.0-30° 15-45°

>50 >15

35-45° ! 20 40-55°: >25

40-95° ! >50 40° ! 5

300° ! >5 25-55° ! 22

315-325"! 11 70-80°! >4

300-340°! >15 0-40° ! >20

45-70°! 22 300-340°! >17

(ки) ! крыло !|лгк-

н.с 1 н.с

----1----

8-30

5-8

3-4

2-4

3-4

2-3 !

2-4

<о 1

1-4 до 1 <о 1 1-2

2-3

1-3

2-3 1-2 ДО_1

2

2-5 2-3 до 1 1-3 1-2 1-2 1-4

4-5 «о 10

антик-!синкли-линали! нали

20

0-10

4-15

до 15

н.с 5-10 4-14 3-5

2-3

3-4 2-4 8-11 9-11! 15-19

7-9

4-7 н.с н.с н.с и.с

8-14 1-2 н.с 2-3 н.с

7-8 2-4

8-12 н.с н.с

н.с ДО 12 10-17 5-12 4-9 8-9 12-15 0-1 0-2 ¡)Т 0-1 0-1 н.с н.с н.с н.с

0-9 3-4 н.с 3-4 н.с н.с

1-4 1-4 н.с 8-12

до 7

0-4

1-8 0-5

3-5

2-4 ¡до 17

1-2

ДО 13

3-4

2-5

1-3

1-3

1-3

1-2

2-3

УстайозлёниыёЧтруктурнйй'Шиёнты'ук^ обозначит: А

Р - разрыв, С - синклиналь, I - флексура, н.с - нет сведений

1-5 ! >14 "айтйклййалы

о£ва|

20 ! -I

до 44

до 22 до 2!

8

до 22

до 28

до 15

до 23

до 10

ДО 12

до 24

до 11

до 8

до 12

до 11

до 10

дз И

ДО 21

До 4

до 8

До 11

до 9

до 8

до 10

до 14

до 13

3

и.с

н.с

н.с

3

н.с

и.с

н.с

н.с

н.с

н.с

н.с

н.с

н.с

н.с

н.с

н.с

приподнятом крыльях изгиба обычно выделяются пологая асимметричная синклиналь и антиклиналь соответственно. Очень редко к опущенному блоку обращено более полог огэ крыло антиклинали. Соотношения антиклинального, синклинального и флексурного структурных элементов могут в разных зонах и даже в разных отрезках одной и той же зоны сильно отличаться. Как у синклинали, так и у антиклинали внутреннее, обращенное к флексуре, крыло обычно круче, чем внешнее, но, как правило, на превышает нескольких градусов. В редких случаях, в наиболее нарушенной центральной части углы падения пластов в узких (Ю— 20 м), более раздробленных полосах достигают нескольких десятков градусов.

По доминирующему элементу в каледонском комплексе четко различаются два типа ГЗЛН (Вахер, 1983): 1) антиклинальный, если относительная высота антиклинали больше амплитуды флексуры и 2) флексурный — в обратном случае. В первом случае действительная амплитуда смещений блоков небольшая (обычно 3— 6, редко до 10 м) по сравнению с общим размахом перемещения пластов от оси антиклинали к оси синклинали. Ширина таких зон составляет 2—3, реже до 5—8 км. Олексурные типы узкие (1—2 км), амплитуда смещения их крыльев составляет значительную долю общего размаха перемещения слоев и доходит до 30 м. По протяженности ГЗЛН группируются на: более протяженные междублоковые разломы первого порядка, пересекающие бассейн в северо-восточном направлении, и менее протяженные, осложняющие внутреннее строение указанных крупных блоков (Вахер, Пуура, Туулинг, в печати). ГЗЛН имеют преимущественно северо-восточное простирание, в большинстве случаев приподняты восточные, северо-восточные и юго-восточные крылья нарушений, так что в региональном плане можно говорить о слабо выраженной ступенчатой структуре бассейна.

Данные о геологическом развитии таких структур скудные. Отмечаются некоторые различия в развитии ГЗЛН между разными участками и даже между отдельными отрезками одного нарушения. Полный стратиграфический разрез изучен лишь на Азериском и Вихтерпалуском нарушениях, в развитии которых помимо позднекаледонского выделяются байкальский и раннекаледонский этапы соответственно. В позднекембрийскую эпоху и в ордовике рост таких структур затухал. Наиболее интенсивное образование их происходила на поэднекаледонском этапе, а последевонское оживление доказана на примере Сиргалаского и Загривского

нарушений. □ их неотектоничвеком оживлении свидетельствует отражение Вийвиконнаского и Загривского нарушений в рельефе коренных пород. Данные о современных движениях по ГЗЛН разноречивые.

4.2. Зоны трениноватости

Из-за малых размеров и небольших смешений слоев эти дислоцированные, без— или малоамплитудные, эакарстованные зоны с интенсивной трещиноаатостыв горных пород плохо картируются и изучаются буровыми скважинами, но они хорошо обнаруживаются методом электропрофилирования. Распространение и морфология такого типа нарушений детальна изучены лишь в восточной части ПБСф, в карьерах и шахтах Эстонского и Ленинградского месторождений горючих сланцев (где они так или иначе вскрываются) (Вахер и др., 1962; Газизов, 1971; Паукер, 1973; Пичугин и др., 1976; Вахер, 1983)

Морфология зон трешиноватости осложняется от периферии к их центральной части, где наблюдается повышение раздробленности, кавернозности, доломитизации, дислоцированности и

аакарстованности пород. При изучении зон трешиноватости К.С. Газизов (1971) выделил на уровне промышленной пачки три структурные зоны, от периферии к центру! 1) трешиноватости, 2)дробления, 3) остаточной глины. Две последние зоны обычно осложнены разнообразными складчатыми и разрывными нарушениями (сбросы, флексуры, антиклинали, синклинали) и требуют при проходке горных выработок сплошного крепления. Карст развит в самом центре нарушения и наблюдается в виде зон остаточной глины. формы и размеры карста изменяются от узких полос с шириной в десятки сантиметров вдоль стенок трещин до карстовых полостей с поперечником в десятки метров.

Протяженность таких зон чаще всего 100-200 м, в максимальных случаях может достигать более 10 км. Ширина их обычна десятки, реже первые сотни метров. Азимут их простирания довольно выдержанный в северо-восточных румбах(в среднем СВ 55) и совпадает с северо-восточным максимумом общей

трешиноватости, но четко отличается от ориентированности ГЗЛН, что указывает на их различный генезис. Площадное распространение таких зон на территории Прибалтийского сланцевого бассейна неравномерное. Их частота встречаемости увеличивается с северо-запада бассейна на юго-восток, а

локально они чаще встрчаются на приподнятых крыльях ГЗЛН.

Зоны трещиноватости пересекают весь карбонатный разрез. Процессам карстования кроме промпачки горючих сланцев наиболее часто подвержены отдельные слои в раквереском, кейласком и ласнамягиском горизонтах среднего ордовика. Об их продолжении в нижележащих терригенных породах можно предполагать лишь по данным доломитизации фосфоритоносной толщи.

4.3. Складчатые структуры

Плакантиклинали. Крупнейшими складчатыми структурами ПБСф являются плакантиклинали, в понимании Н.Шатского (1945). Они обнаружены лишь в восточной части бассейна, где выделяются Сонда—Ульястеская группа и одиночная Ассамаллаская

плакантиклиналь. Морфология и развитие таких дислокаций были выявлены на примере Сонда-Ульястеской группы (Вахер и др., 1962, 1964; Пуура, Кала, 1978; Mens jt., 1981). Автором детальнее изучалось строение и развитие Ассамаллаской плакантиклинали, в результате была подтверджена их сходная морфология и почти синхронное развитие всех структур такого типа .

Брахиформные плакантиклинали имеют ядро — погребенный выступ фундамента, наклон склонов которого обычно в пределах первых десятков градусов. Размеры их в плане обычно в пределах первых трех километров. На своде этих плакантиклиналей выклиниваются или сокращаются в мощности вендские, в меньшей мере кембрийские и редко нижнеордовикскиё отложения. В результате этого амплитуда структуры выполаживается снизу вверх. Амплитуда по поверхности фундамента обычно составляет многие десятки метров , достигая у Ассамаллаской и Ульястеской плакантиклиналей до 130 м и убывает по подошве лонтоваского горизонта в 3-4 и в ордовикском комплексе в 5-6 раз, соответственно. Максимальный рост брахиантиклиналей приходится на байкальский этап, в пределах которого в свою очередь четко выделяются более интенсивный вендский (65—75% современной амплитуды) и раннекембрийский (10-15%) подэтапы. Несмотря на некоторые предполагаемые конседиментационные явления в вендских и кембрийских отложениях их доля при формировании плакантиклиналей незначительна. Главные восходящие движения ядра структуры состоялись, вероятно, во время седиментационных перерывов на фоне общерегиональных поднятий всей территории.

Окончательное поднятие плакгнтиклинал^й и воздымание ордовикских пород состоялось, по—видимому, на этапе кульминации региональных тектонических напряжений каледонского тектогенеза в позднем силуре и раннем дезон-э.

В общей структуре ПЕСО роль таких нарушений небольшая, однако с ними связаны существенные локальные изменения в условиях залегания и гипсометрическом положении слоев, повышенная трещиноватость и раздробленность пород, вследствие чего площади развития таких структур следует рассматривать как участки со сложными горно—геологическими условиями.

Бескорневые изометричные складки и брахискладки. Моноклинальное залегание осадочного комплекса ПБСф повсеместно осложнено пологой волнистость». В плане это обычно изометричные мульды, купола или брахискладки с размерами в поперечнике от 100 м до 1 км, амплитудой до 0,5-5 м и углом падения крыльев 0,5—2. Такого типа структуры больших размеров редкие. Крупнейшей такой структурой является Сямиская мульда, размерами в плане 2 * 1,3 км, амплитуда смещения каледонского комплекса до 50 м.

Глиняные диапиры. Обнаружены лишь в Северо-Восточной Эстонии, между гг. Нарва и Силламяэ. Представляют собой вытянутые гребневидные складки (доминируют антиклинали) широтного и северо-восточного простираний. Длина, ширина и высота складок 1—Зкм, 0,1—0,7 км и 30 м соответственно. Падение слоев обычно в пределах 40—70 . Породы (до вендского комплекса) в ядрах антиклиналей сильно разрушены.

4.4.СТРУКТУРНОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ПБСФ

Достаточная обоснованность структурной карты фактическим материалом и выявленные закономерности в строении и распространении ГЗЛН позволили диссертанту выделить в ПБСф шесть структурных блоков, внутренний структурный план которых выдержан и заметно изменяется лишь на разграничивающих их ГЗЛН первого порядка (см. таб. 1 и рис. 1). С запада на восток выделяются Нываский, Кехраский, Раквереский, Кохтлаский, Куремяэский и Сланцевский структурные блоки, которые разделены Вихтерпалуской,Пайдеской, Азериской, Ахтмеской и Загривской ГЗЛН, соответственно. Внутренняя структура блоков осложнена главным образом линейными нарушениями второго порядка, зонами трещиноватости, в меньшей мере разнообразными складчатыми

структурами и эрозионными палеоврезами.

Дислоцированность как отдельных блоков, так и отдельных частей одного блока может сильно различаться. В ПЕСО четко выделяется наиболее разрушенная центральная часть, отличающаяся по наибольшему количеству и протяженности линейных нарушений, которая в общих чертах совпадает с выделяемым Ракверескик структурным блоком и сопредельными ему регионами. Такая повышенная нарушенность осадочного комплекса в центральной части ПБСф объясняется, по—видимому, раличием Пррну—Тапаской зоны глубоких разломов и обособленного Тапаского блока кристаллического фундамента и с его подвижность». В западной и восточной частях бассейна линейные дислокации осадочного комплекса встречаются гораздо реже, хотя их параметры иногда сравнимы с таковыми в центральной части бассейна. На основе вышесказанного можно с большой уверенностью утверждать, что наиболее сложные структурно-геологические условия можно ожидать в перспективном Раквереском фосфоритоносном районе и на Тапаском месторождении горючих сланцев.

4.5. СТРУКТУРООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ ЭР03И0НН0-ДЕНУДАЦИ0ННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПБСФ

В ПБСФ значительна структурообразующая роль эрозионно— денудационных процессов . Они определяют весьма сложную северную границу распространения фосфорито— и сланценосных отложений. Приглинтовая часть бассейна расчленена многими древними (доледниковыми) погребенными долинами, которые в непосредственной близости глинта часто углубляются до фосфоритоносных отложений. В восточной части бассейна их южные окончания глубоко врезаются в Эстонское МГС, являясь естественными границами для раскройки шахтных и карьерных полей.

фосфорито—сланценосный комплекс большей или меньшей степени подвергался размыву в течение двух этапов кульминации тектоничеческих событий в регионе (Пуура, 1780, Туулинг, 1988):

а) каледонского тектогенеза и поднятия региона в раннем девоне,

б) кайнозойского поднятия региона под влиянием океанообразования в Северной Атлантике.

Дочетвертичный рельеф Северной Эстонии детально описан в

'Л

монографии (Таваст, Раукас, 19Й2). Диссертантом впервые детально описывается дочетвертичный, а также додевонский рельеф

Лужско-Нарвской низины (в восточной части ПБСф) и проводится их сравнительный анализ.

Изучение и сравнение додевонского и дачетвертичного рельефа позволили утдверждать, что в современной рельефе в большой мере отражаются последствия додевонского размыва. В начале среднего девона происходила быстрая трансгрессия среднедевонского моря, в ходе которой слабосглаженный и переработанный, сильнорасчлененный денудационный рельеф раннего девона покрывался мощными' отложениями среднего девона. С позднейшими эрозионно—денудационными процессами, которые в связи с общим поднятием территории кульминировались в позднем палеогене — неогене, связан постепенный снос малоустойчивых среднедвонских пород, что наконец привело к препарированию форм более прочных додевонских пород из—под мощной толщи рыхлых девонских пород.

Наиболее маркантной формой додевонского рельефа является субширотный Везенбергский уступ в ордовикских породах с относительной высотой в 30—45 м. Ненарушенное залегание ордовикских и перекрывающих среднедевонских пород в зоне уступа исключают возможность нахождения совпадающего с уступом тектонического нарушения. Морфология уступа и азимуты падения додевонской поверхности севернее и южнее уступа свидетельствуют скорее всего об обрывистом склоне додевонской эрозионной долины.

5. ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ПБСф

Карбонатный комплекс ПБСФ повсеместно пересечен трещинами, которые разрезают его на разномасштабные блоки. Направления трещин могут быть крайне разнообразными. Доминируют диагональная (NW-S0,N0-SW) и ортогональная (N-S,0-W) системы трещин, среди которых четко превалируют СЗ трещины первой системы. Превалирующие направления в ориентации трещин в большинстве случаев колеблются в пределах нескольких десятков градусов (иногда наблюдаются близрасположенные пики) и мало различаются между собой на отдельных участкамх ПБСф (таб. 3).

Количество трещин в разных обнажениях сильно колеблется и зависит от литологических и структурных особенностей пород. Оно максимально в плотных толстослоистых известняках в пределах одного пласта, где расстояния между трф|инами обычно колеблются в пределах одного метра. Приблизительно 70-80% из всех наблюдаемых в одном пласте трещин распространяются также в выше

или нижележащих пластах, каждая третья трещина пересекает все обнажение ("планетарные трещины"). Среднее расстояние между планетарными трещинами может колебаться от нескольких метров до сотен метров (чаще 3—5 м).

таблица 3. Ориентация трещин в ПБСф

часть ПБСФ преобладающие максимумы (интервалы) т?ещкн

СЗ СБ субмери-дионалные с. у 5 широтные

восточная 315° 55° 355-5° 85-95°

цвнтралнля а окрестностях Таллинна 315° 315° 65° 30°, 50" 350° 350-10° 270 - 280°

за ладная о. Осмуссаар 32 5°,335° 295° 55° 35° 355° 270-285°

Трещины обычно вертикальные или отклонены на несколько градусов в одну или другу» сторону от вертикали. По простирании они преимущественно прямолинейные, реже кулисообразные, извилистые, дугообразные. Стенки трещин часто бугристые или с раковистым изломом, редко наблюдается штриховка горизонтального смещения. Амплитуда разнородных микродислокаций по трещинам (обычно сдвиги,сбросы, взбросы) редко превышает одного метра.

Большинство трещин закрытые. Местами трещины заполнены кальцитом, сульфидными минералами, редко сцементированым осадочным материалом.

Наиболее многочисленны заполненные кальцито—сульфидными минералами трещины в каменоломнях в окрестностях г. Таллинна, на о-ве Осмуссаар и на п—ове Тагамйыза, на о-ве Сааремаа. Морфология и минеральный состав жил непостоянный. В СевероВосточной Эстонии и на о-ве Сааремаа развиты преимущественно простые кальцитовые жилы с вкраплениями, реже гнездами пирита, в окрестностях г. Таллинна и на о-ве Осмуссаар представлены сложные жилы с несколькими генерациями сульфидов и кальцита. Простирание заполненных трещин в основном северо-восточное (в пределах 40—60 ), на о-ве Сааремаа четко выделяются также

трещины субширотного направления (270-2ЕСГ). Мощность минеральных заполнений обычно несколько см, в максимальных случаях до нескольких десятков см.

В сланцевых шахтах ПЕСО встречаются часто трещины, заполненные кварцевым песчаником (на карбонатном и сульфидном цементе) — т.н. "тревжны—жилы". Мощность их от нескольких до 10-15 см. Вблизи Трещин-жил часто отмечается доломитизация известняков, выветрелость и окисление горючих сланцев.

Протяженность планетарных трещин прослеживается с трудом. Установлено горизонтальное распространение трещин-жил на расстояние до 2—4 км.

Состоящие из известкового песчаника и обломков вмещающих пород осадочные жилы на о-ве Осмуссаар образуют в плане сложную нерегулярную полигональную евть, расстояние в поперечнике одной "клетки" чаще всего колеблется от 1 до 3 м. Вертикальный размах жил 0,4-0,7 м — от верхней части латорпского до основания ласнамягиского горизонтов. Соотношения жильных и пластовых тел позволяют утверждать, что заполнение пространства трещин происходило поэтапно и вероятнее всего связано с дискретными региональными событиями поступления песчаного материала в бассейн седиментации в кундаское время (по меньшей мере выделяются 7 этапов). Сложные жилы с признаками многоэтапного формирования обычно широкие (0,5—1 м и больше), простые жилы узкие (до 10 см и меньше). Ориентация и морфология осадочных жил не соответствуют вышеописанным тектоническим трещинам, а свидетельствуют скорее всего о наличии расширенных в процессе коррозии и абразии трещин, исходное происхождение которых вероятнее всего связано либо с процессами усыхания, либо с землетрясениями.

6. МИНЕРАЛЬНО—ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И НЕКОТОРЫЕ ПЕТРОфИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВТОРИЧНО ИЗМЕНЕННЫХ ПОРОД В ЗОНАХ ЛИНЕИНЫХ НАРУШЕНИИ И КАЛЬЦИТО-СУЛЬФИДНЫХ ЗАПОЛНЕНИИ ТРЕЩИН

Ранее было известно, что вблизы ГЗЛН и более протяженных зон трещиноватости всегда наблюдается линейно вытянутая со сложней конфигурацией и сложным внутренним строением зона метасоматической доломитизации карбонатной толщи, где происходит значительное изменение химического состава карбонатных пород и горючих сланцев (Вахер, Пуура, Эрисалу, 1962). Поскольку известно также, что доломитизация

ОосСоритоносной толщи отрицательно влияет на разработку месторождения, обогащение и химическую переработку оосооритопой руды диссертантом совместно с другими исследователями <Пуура и др., 1983) в Раквереском фосфоритоносном районе проводились исследования для выявления доломитизированности фосфорнтоносной толщи . Выяснилось, что единый процесс доломитизации охватывав-помимо известняков также фосфоритоносный комплекс, о чем свидетельствуют: а) сплошная доломитизация всей карбонатной толщи и фосфоритоносного комплекса в Сымеруской, Азериской и Раквереской ГЗЛН, б) сходные пространственные закономерности распространения магния и целого ряда микрокомпонентов (повышение содержаний Ре, Мл, N1, Си И понижение содержания Бг) в обоих комплексах. Установленная связь позволяет прогнозировать доломитизацию на глубину с детально изученного уровня горючих сланцев до уровня фосфоритов, используя для этого электрометрические данные.

Диссертантом совместно с А.Шогеновой впервые исследовались изменения ряда петрофизических свойств пород в линейных нарушениях (Шогенова, Туулинг, в печати). Измерения петрофизических параметров по пробам были произведены в петрофизической лаборатории НИИ Земной коры Ленинградского университета по методике А.А.Прияткина (Прияткин, Поляков, 1903).

Геохимические, минералогические, структурные и т.п. изменения пород в линейных нарушениях хорошо улавливаются петрофизическим методом. Изучение изменчивости некоторых плотностных (плотность водонасыщенных образцов бв, структурно-минералогическая плотность б см, эффективная пористость М), электрических (диэлектрическая проницаемость С , вызванная поляризация ц, , кажущееся сопротивление рк ) , магнитных (магнитная восприимчивость X , остаточная

намагниченность насыщения 1« ), упругих (скорость прохождения продольных волн в водонасыщенных породах V в) и химических свойств (нерастворимый остаток и доломитность Мдо/Сао+Мдо) в зоне трещиноватости на Раквереском месторождении фосфоритов и результаты обработки факторным анализом позволили выделить три главные фактора, которыми объясняется 94,IX изменчивости параметров (56,67., ЗОХ, 7,57. соответственно). Наиболее существенные изменения связаны с увеличением трещиноватости, открытой пористостью, кавернозностью пород, в результате чего сильно изменяются плотностные, упругие (И, бе, V в)I а также

электрические их свойства <рк,Ч ). Это можно интерпретировать как фактор эффективной пористости. Второй фактор оказывает наибольшее влияние на магнитные свойства пород (К , Irs ) и объясняется появлением в зоне нарушения магнитных железосодержащих минералов (окислы и гидроокислы келеза). Третий наиболее четко контролирует изменение доломитности, структурно—минералогической плотности и его можно объяснить метасоматическим замещением кальцита доломитом.

Минералогические и геохимические аспекты сульфидно— кальцитовых заполнений трещин и вмещающих их пород были ранее затронуты в двух публикациях (Möls, 1961; Niin jt., 1981). По данным, полученным автором, в минеральных заполнениях трещин превалирует карбонатная часть (57,9-98,4%), представленная обычно довольно чистым кальцитом (96-97%, Мд<2%), редко доломитом. Доля сульфидов (обычно пирит) колеблется в большинстве случаев в пределах 5%. Содержание большинства микрокомпонентов в заполнениях трещин незначительно отличается от их кларков в карбонатных породах. Повышенные содержания Ni, Си, Ва, РЬ, Zn, Со, Т1, Cd в трещинах по сравнению с вмещающими известняками обнаруживаются при появлении сульфидных минералов, а некоторые пониженные содержания Ti, V, Cr, Ga, Yb, Zr , К, AI, Na объясняются низким содержанием терригенного компонента в жилах. Кроме четких макроскопически наблюдаемых различий (морфология, минералогия и т.п.), наблюдаются также некоторые различия в микрокомпонентном составе между кальцито-сульфидными заполнениями трещин в разных частях бассейна,что указывает на различные условия их образования. По морфологическим, минералогическим и геохимическим признакам можно выделить ласнамягиский и тагамыйзаский типы минеральных ¿заполнений трещин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации впервые представлена единая структурная карта каледонского структурного комплекса промышленной и наиболее перспективной части Прибалтийского фосфорито— сланцевого бассейна (с западной части Эстонии до меридиана г. Веймарн Ленинградской области), которая в общих чертах характеризует структуру всего платформенного чехла изученной территории. Структурный анализ карты позволяет сформулировать следующие основные выводы по защищаемым положениям.

1. Региональное моноклинальное залегание порол нарушено главным образом двумя разобщенными по площади типами тектонических дислокаций - линейными и брахиформкыми.

2. Общий разломно—блоковый структурный план платформенного чехла территории ПБСФ определяется наиболее протяженными зонами линейных нарушений флексурного типа, преимущественно северовосточного простирания. Такое строение формировалось на позднекаледонском этапе дислокации при некотором влиянии также байкальских, раннекаледонских, герцинских и новейших движений.

3. Степень дислоцированности осадочного комплекса в пределах разных структурных блоков и даже отдельных частей одного структурного блока может быть различной, что обусловлено разной частотой встречаемости разномасштабных линейных и брахиформных структур.

4. Структура фосфорито—сланцевого комплекса заметно осложнена, кроме тектонических дислокаций, также эрозионно— денудационными процессами, которые наиболее интенсивно развивались в течение двух этапов кульминации тектонических событий в регионе: а)каледонского тектогенеза и поднятия в раннем девоне, б)кайнозойского поднятия.

5. Раквереский фосфоритоносный район и Тапаское м—ние горючих сланцев располагаются на стыке трех структурных блоков -Раквереского, Кохтлаского и Куремяэского — это один из наиболее сложных структурных узлов ПБСФ с наличием разных типов осложняющих структурных элементов.

При изучении вторичных изменений пород в линейных нарушениях геохимическим и петрофизическим методами выяснилось, что:

6. Распространение доломитизации , повышенных содержаний железа и марганца в фосфоритовом комплексе контролируется преимущественно линейными зонами тектонических нарушений.

7. Структурные, минералогические и геохимические изменения пород в зонах линейных нарушений сопутствуют изменениям физических свойств, что хорошо устанавливается также петрофизическим методом: изучением плотностных, электрических, магнитных и упругих свойств пород.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Об истории формирования локальных структур СевероВосточной Эстонии. - В кн.: Палеотектоника Прибалтики и Белоруссии. Таллинн, 1980, с.15-18 (соавторы Р.М.Вахер,

Э.А.Кала)

2. О зонах дислокации и втсричной доломитизации в северовосточной части Раквереского месторождения фосфоритов. - Изв. АН ЭССР. Геол., 1903, 32, 3, с. 101-109 (соавторы В.Пуура, Р.Раудсеп, В.Расс)

3. Тектоника. В кн.: Строение сланценосной толщи Прибалтийского бассейна горючих сланцев-кукерситов. Таллинн, 1986, С. 55-63 (соавторы В.А.Пуура, Р.М.Вахер)

4. Тектоника. в кн.I Геология и полезные ископаемые Раквереского фосфоритоносного района. Таллинн, 1987, с. 90—ЮЗ (соавторы В.А.Пуура, Р.М.Вахер)

5. О геологической позиции раннеордовикских кластических даек на о-ве Осмуссаар. - Изв. АН ЭССР. Геол., 1988, 37, 1, с. 1-9 (соавтор В.Пуура)

6. Структура восточной части Прибалтийского бассейна горючих сланцев и фосфоритов. - Изв. АН ЭССР. Геол., 1988, 37, 2, с. 59-69

7. Додевонский и дочетвертичный погребенный рельеф восточой части Прибалтийского фосфорито-сланцевого бассейна (Лужско-Нарвская низина). - Иэв. АН ЭССР. Геол., 1988, 37,4, с. 145-152

8. Изменение физических свойств карбонатных пород в зоне трещиноватости и доломитизации (Северная Эстония). В печати (соавтор А.Шогенова)

9. Линейные дислокации каледонского структурного комплекса в сланцево—фосфоритовом бассейне Северной Прибалтики. В печати (соавторы Р.М.Вахер, В.А.Пуура)

Академия наук Белорусской ССР, Институт геохимии и геофизики. Т у у л и н г Игорь Ильмарович. Структура Прибалтийского бассейна горючих сланцев и фосфоритов. Автореферат, на русском языке.

Подписано в печать 09.04.90. Шлага 60x84/16. Печатных листов 1,25. Условно-печатных листов 1,16. Учетно-издательских листов 1,35. Тирах 100. Заказ Л 96. Бесплатно. Ротапринт АН Эстонии, 200001 Таллинн, бульвар Эстония, 7.

.50.

Пы

Ё

\4ffl

ж

.голо-

-/о.

-50-40-

--60--70-

-50-

еоч

-.-70

-кк-бо

-40

-20-

* 5

о 6

го

ч50

-го

-

-40-

во

10'

у 10 <5 го км

.в 60

вм

£

£ ■20

-ДО

-50 -60 -70 -80 -90 .100

Рис. I Структурная карта каледонского структурного комплекса ПБСФ. 1-эрозионцое границы распространения: а-кукруаеского горизонта, б-силурийской системы, 2-стратоизогипсы по подошве волховского (у1 ) и кукрузеского (Ыс ) горизонтов и по подошве силура (Б ), через 50 м (а), через 10 м (б), З-Балтийский глинт, 4-линейные зоны нарушений (буквенные индексы зон сы. табл. ), 5-плакантиклинали, 6-мульда Сями.