Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Структурно-петрофизические условия локализации раннепротерозойских пегматитовых и магматических месторождений северо-восточной части Балтийского щита

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Структурно-петрофизические условия локализации раннепротерозойских пегматитовых и магматических месторождений северо-восточной части Балтийского щита"

1Б4169

российская академия наук

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии

ЛОБАНОВ Константин Валентинович

СТРУКТУРНО-ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИХ ПЕГМАТИТОВЫХ И МАГМАТИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА

Специальность

25 00 11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

ДИССЕРТАЦИЯ

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

На правах рукописи

Москва - 2008 г

003164169

Работа выполнена в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Официальные оппоненты доктор геолого-минералогических наук, академик РАН Рундквист Дмитрий Васильевич (Геологический музей им В И Вернадского РАН, г Москва)

доктор физико-математических наук, профессор Геншафт Юрий Семенович (ИФЗ РАН, г Москва)

доктор геолого-минералогических наук, профессор Игнатов Петр Алексеевич (РГГРУ, г Москва)

Ведущая организация Институт геологии и геохронологии докембрия РАН (г Санкт-Петербург)

Защита состоится 7 марта 2008 г в 14 час 30 мин в ауд 415 на заседании диссертационного совета Д 501 001 62 геологического факультета Московского государственного университета имени MB Ломоносова по адресу 119991, г Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ Московского государственного университета имени M В Ломоносова (Главное здание, 6 этаж)

Диссертация в виде научного доклада разослана 5 февраля 2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501 001 62 доктор геолого-минералогических наук

РН Соболев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Проблема влияния физико-механических свойств пород на локализацию месторождений полезных ископаемых относится к числу актуальных проблем не только геологии рудных месторождений, но и структурной геологии, особенно для древних докембрийских рудоносных кратонов Опыт структурно-петрофизического изучения раннепротерозойских рудных месторождений Балтийского щита показывает, что целевые исследования позволяют определить роль физико-механических свойств метаморфических пород, как в формировании рудоносных структур, так и их дальнейшем преобразовании в ходе геологической истории Полигоном для разработки методологии структурно-петрофизического изучения докембрийских метаморфических комплексов в связи с их рудоносностью, стала северо-восточная часть Балтийского щита, в которой находятся разнородные раннепротерозойские (2 5-1 8 млрд лет) месторождения Они сформировались в одну эпоху рудообразования, в ходе которой в метаморфических архейских и протерозойских породах локализовались пегматитовые Чупино-Лоухского и магматические медно-никелевые месторождения Печенгского рудных районов

Цель и задачи исследований Основная цель выполненных исследований состояла в изучении структурно-петрофизических характеристик вмещающих пород как индикаторов раннепротерозойских тектонических, магматических и метаморфических процессов, определивших формирование пегматитоносных структур и локализацию медно-никелевых месторождений северо-восточной части Балтийского щита При этом решались следующие задачи 1) петрофизическая характеристика пегматитоносных складчатых структур и условий локализации жил мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского района, 2) корреляция петрофизических параметров пород разреза Кольской сверхглубокой скважины и опорного профиля на поверхности в Печенгском рудном районе, 3) сопоставление петрофизических параметров метаморфических архейских пород на глубоких горизонтах СГ-3 и на поверхности, 4) разработка интегральной объемной геодинамической модели Печенгского рудного района, 5) выявление структурно-петрофизических условий локализации медно-никелевых месторождений Печенгского рудного поля и их преобразование тектоно-метаморфическими процессами

Фактический материал В основе диссертации и использованных в ней методических подходов лежат материалы, собранные диссертантом и сотрудниками тематической группы ИГЕМ РАН с 1974 по 2006 гг в ходе изучения Кольской сверхглубокой скважины и полевых исследований раннепротерозойских пегматитовых месторождений Чупино-Лоухского района и магматических медно-никелевых месторождений Печенгского рудного района

В процессе работы изучено около 12000 образцов пород и руд с определением их петрофизических параметров, а также петрологической характеристикой, построено 6000 объемных петрофизических диаграмм Ур, задокументировано более 36000 м керна скважин, в том числе СГ-3, и 10000 м горных выработок на месторождениях. Все образцы пород и руд были отобраны, изучены в лабораторных условиях на одних и тех же приборах по методике структурно-петрофизического анализа, а результаты проинтерпретированы одними и теми же исследователями В работе использованы петрофизические данные полученные автором самостоятельно и совместно с другими исследователями тематической группы

Защищаемые положения. В соответствии с поставленными задачами в диссертации обосновываются следующие защищаемые положения:

1 Разработана методология структурно-петрофизического изучения метаморфических пород и руд с использованием плотности, характеризующей литологический состав пород, и коэффициента объемной анизотропии упругих волн, отражающего интенсивность тектонических деформаций синхронных с метаморфизмом Метод апробирован при изучении Кольской сверхглубокой скважины и поверхностных структур Чупино-Лоухского и Печенгского рудных районов

2 Закономерности локализации мусковитовых пегматитов в складчатых структурах и зонах вторичного рассланцевания в Чупино-Лоухском слюдоносном районе обусловлены высокой анизотропией упругих свойств и пластическими деформациями глиноземистых гнейсов продуктивных горизонтов чупинской свиты беломорского комплекса на свекофеннском этапе тектономагматической активизации

3 Корреляция и формализация разреза Кольской сверхглубокой скважины и опорного наземного 120-километрового профиля по петрофизическим параметрам пород в Печенгском рудном районе является основой интегральной геодинамической модели глубинного строения этого района до глубины 15 км

4 Продуктивная толща северопеченгской серии, в которой сосредоточены раннепротерозойские никеленосные габбро-верлитовые интрузии и крупные медно-никелевые месторождения Печенгского рудного поля, обладает четко выраженной гетерогенностью по физико-механическим свойствам пород Богатые сульфидные медно-никелевые руды связаны с синметаморфическими зонами рассланцевания, возникшими на коллизионном этапе развития карелид и характеризующимися максимальными значениями анизотропии Ур для пород

5 Петрофизические данные по опорным образцам керна из архейской части разреза СГ-3 и их аналогам на поверхности свидетельствуют о том, что на глубинах 8-12 км выявлены блоки пород аналогичного минерального состава со сходными параметрами плотностей,

скоростей Ур и Ух Аномально высокие значения пористости и объемной анизотропии Ур в этих породах обусловлены технологическими факторами Научная новизна

1 Разработанный диссертантом модернизированный вариант структурно-петрофизического метода впервые был применен для изучения докембрийских метаморфических пород Балтийского щита

2 Получены оригинальные структурно-петрофизические данные об условиях локализации раннепротерозойских месторождений мусковитовых пегматитов Северной Карелии

3 Проведена корреляции пород по разрезу СГ-3 и опорному профилю на поверхности по формализованным характеристикам с применением компьютерных технологий, на основе которых разработана интегральная модель глубинного строения Печенгского рудного района, которая объясняет условия локализации медно-никелевых руд на месторождениях Печенгского рудного поля

Практическое значение Изложенные в диссертации и публикациях диссертанта результаты могут служить основой для определения условий локализации пегматитовых и магматических месторождений северо-восточной части Балтийского щита и прогноза перспективных участков Петрофизическая корреляция пород на глубоких горизонтах континентальной земной коры и поверхности предложена как новое направление в разработках интегральных геодинамических моделей глубинного строения рудных районов и выяснения геологической природы сейсмических границ

Апробация результатов исследований Результаты исследований были представлены на 27 международных совещаниях 29, 30 и 32 Международных геологических конгрессах (Киото, Япония, 1992, Пекин, Китай, 1996, Флоренция, Италия, 2004), 2-8 конференциях «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» (Москва, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007, Дубна, 2004, Борок, 2006), 9-11 конференциях ассоциации по математической геологии (Портсмут, Англия, 2003, Торонто, Канада, 2005, Льеж, Бельгия, 2006), 4 и 5 Европейских конгрессах по региональной геологической картографии и информационным системам (Болонья, Италия, 2003, Барселона, Испания, 2006), Канадского геологического и минералогического обществ (Галифакс, Канада, 2005), а также на 20 Всесоюзных и Всероссийских совещаниях, таких как «Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии» (Новосибирск, 1982), «Петрофизика рудных месторождений» (Ленинград, 1990), «Изотопное датирование процессов рудообразования, магматизма, осадконакопления и метаморфизма» (Москва, 2006), «Геодинамика, магматизм, седиментогенез и минерагения северо-запада России»

(Петрозаводск, 2007) и других Конкретная информация содержится в прилагаемом списке опубликованных работ

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались в ходе проведения исследований и на совещаниях по проекту МПГК № 408 «Сравнение состава, структуры и физических свойств пород и минералов по разрезу Кольской сверхглубокой скважины и их гомологов на земной поверхности» (руководители Ф П Митрофанов, Д М Губерман, И Кюмпель) (Апатиты, Заполярный, 1998, 1999, 2002, Прага, Чехия, 2000, Виндишэшенбах, Германия, 2001)

Публикации По теме диссертации опубликовано 70 научных работ, включая 8 разделов в 7 коллективных монографиях, 17 статей в сборниках научных работ, 14 статей в рецензируемых отечественных журналах, 13 статей в международных журналах и сборниках Благодарности На протяжении 30 лет диссертант работал в составе тематической группы ИГЕМ РАН по изучению процессов рудообразования по материалам сверхглубокого бурения, а затем изучению глубинного строения и геодинамики рудных районов, и выражает глубокую благодарность ее руководителю В И Казанскому и сотрудникам Б П Беликову, А Д Генкину, А А Глаголеву, А В Кузнецову, В Л Русинову, А А Филимоновой, А В Жарикову, И А Чижовой

Кафедре геологии и геохимии полезных ископаемых Геологического факультета МГУ имени М В Ломоносова, где диссертантом проводились все лабораторные исследования, и ее заведующему В И Старостину

Кольская экспедиция сверхглубокого бурения НПО «Недра» - ДМ Губерману, В С Ланеву, Ю П Смирнову, Ю Н Яковлеву ВНИИгеосистем - О Л Кузнецову, Е Н Черемисиной, Н Н Пимановой Исследования по геофизике и петрофизике -Н В Шарову, Э В Исаниной, Ю И Кузнецову, В В Кочегуре, А А Пэку, В А Тюремнову, Ф Ф Горбацевичу, А Н Никитину, А В Савицкому, М 3 Абдрахимову

Изучение месторождений мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского района -К А Шуркину, М Е Салье, В Л Дуку, Т Ф Зингер, Е П Чуйкиной, А И Драванту, медно-никелевых руд Печенгского рудного района - Г И Горбунову, С В Соколову, В В Дистлеру, Т Л Гроховской, В Ф Смолькину Общие проблемы изучения рудных месторождений Балтийского щита - Н П Лаверову, Ф П Митрофанову, Д В Рундквисту, О А Богатикову, Ю Г Сафонову, С И Рыбакову, Е В Шаркову

Диссертант выражает признательность своим коллегам за совместные полевые работы и лабораторные исследования В В Астафьеву, Л П Гордиенко, Ю П Богачеву, А В Липаевой, И К Мызникову, С С Наумову, Ю И Самоварову, М В Чичерову, без помощи которых выполнение этой работы было бы невозможно

Положение Чупино-Лоухского и Печенгского рудных районов в докембриискнх структурах северо-восточной части Балтийского щита

Согласно современным концепциям, в истории развития Балтийского щита выделяются четыре крупных тектономагматических цикла, которые соответствуют архею, раннему и позднему протерозою [Оаа1, 1990, Рундквист, Митрофанов, 1988 и др ] Особенностью щита является своеобразное «омоложение» коры с северо-востока на юго-запад и его блоковое строение В нем выделяются три крупные провинции юго-западная Дальсландская, центральная Свекофеннская и северо-восточная Кольско-Лапландско-Карельская, а также западная Каледонская (рис 1 а), которые различаются общим характером геологического развития, составом и глубинным строением, металлогеническими особенностями и являются структурами первого порядка, разделенными глубинными разломами [Земная кора , 1978, Эволюция , 1987 и др ]

Кольско-Лапландско-Карельская провинция, занимающая северо-восточную часть Балтийского щита, в которой находятся Чупино-Лоухский и Печенгский рудные районы, представляет собой наиболее древнюю часть земной коры и разделяется на три мегаблока Карельский, Беломорский и Кольский Центральное положение занимает Беломорский мегаблок, который рассматривался как часть саамского складчатого пояса, претерпевшего неоднократные складчатые и разрывные деформации, полиметаморфизм и мигматизацию [Кратц и др, 1978, Строение литосферы , 1993 и др ] В его пределах широко развиты тоналитовые гнейсы, амфиболиты и высокоглиноземистые гнейсы беломорского комплекса, прорванные расслоенными интрузиями базит-ультрабазитов (2 45 млрд лет), слюдоносными пегматитами (1,76 млрд лет) Породы этого мегаблока претерпели несколько этапов тектонических деформаций, метаморфизма и магматической активизации, два из которых относятся к архею, а два к раннепротерозойской (карельской и свекофеннской) складчатости [Геология Карелии, 1987]

В пределах Кольского мегаблока выделяются крупные блоки - Мурманский, Центрально-Кольский, Кейвский, Инарский, Беломорский, Терский и мобильные пояса сформированные в лопийский и карельский этапы (Колмозеро-Вороньинский, Лапландско-Колвицкий и Печенга-Имандра-Варзугский), которые подразделяются, на более мелкие блоки, зоны и отдельные структуры [Мпго1апоу а а1, 1995] (рис 1 б)

Геологическая история Балтийского щита характеризуется дроблением литосферы на блоки различных порядков, в ходе которой выделяются пять тектономагматических и соответствующих им металлогенических циклов [Рундквист, Митрофанов , 1998] саамский цикл (> 3 15 млрд лет), лопийский (3 15-2 5), карельский (2 5-2 0), свекофеннский (2 0-1 65),

ей ' г

1 1 ......-V

\6Г

В2 □«

Ж 3 СИ»

ИЗ4 1-8Н12

I I 5 н»

Ш«

I и«

пз»

Иа2|18

□ 19

Э>

\65° ПГ|22

\ 1 О 1 23

пегматитовый район

50 100 км

Рис. 1. Схема геотектонического районирования Балтийского (Фенноскандинавского) щита (а) и структурно-геологическая карта северо-восточной части Балтийского щита (б) с раннепротерозойскими пегматитовыми и магматическими месторождениями. Составлена на основе геологической карты масштаба 1:500000 [М^оГапоу е1 а!., 1995]:

Палеозой: 1 - Хибинский и Ловоозерский комплексы нефелиновых сиенитов. Поздний протерозой: 2 -конгломераты и песчаники. Ранний протерозой: 3 - граниты, гранодиориты и диориты, 4 - чарнокиты (а) и щелочные граниты (б), 5 - вулканогенно-осадочные комплексы, 6 - расслоенные интрузии перидотит-пироксенит-габбро-норитов и габбро-анортозитов. Ранний протерозой - поздний архей: 7 - основные гранулиты, эндербиты, 8 - кислые гранулиты. Поздний архей: 9 - гранодиориты, диориты и эндербиты, 10 -высокоглиноземистые гнейсы и сланцы, 11 - кислые гнейсы, 12 - метакоматииты, амфиболиты и гнейсы зеленокаменных поясов, 13 - железистые кварциты, амфиболиты и гнейсы, 14 - гнейсы, сланцы, 15 - гнейсы, амфиболиты, 16 - гранодиориты, диориты, 17 - плагиограниты, тоналитовые гнейсы, 18 - кианит-гранат-биотитовые гнейсы, 19 - гнейсы, гранитогнейсы, мигматиты и амфиболиты; 20 - субвертикальные разломы (а) и надвиги (б), разделяющие протерозойские блоки, 21 - раннепротерозойские месторождения мусковитовых пегматитов (1 - Чупино-Лоухский, 2 - Енский районы), 22 - раннепротерозойские магматические интрузивы с медно-никелевой, платинометапьной и хромитовой минерализацией (2.5-2.4 млрд. лет): 1 - Гора Генеральская, 2 - Мончегорский, 3 - Имандровский, 4 - Федорово-Панский, 5 - Луккулайсваара, 6 - Ципринга, 7 - Кивакка; 23 -раннепротерозойские габбро-верлитовые интрузии с медно-никелевыми месторождениями (1.95-1.94 млрд. лет): 8 - Печенгское, 9 - Аллареченское рудные поля. I - I и II - II - опорные профили через Чупино-Лоухский и Печенгский районы.

Бел - Беломорский мегаблок; Мур - Мурманский, Кол - Центрально-Кольский, Тер - Терский, Ке - Кейвский и, Ин - Инарский блоки; Ион - Йонский и К-В - Колмозеро-Вороньинский зеленокаменные пояса; ЛГП -Лапландский и КГП - Кандалакша-Колвицкий фрагменты Лапландского гранулитового пояса; Пе - Печенгская и Им-В - Имандра-Варзугская зоны карелид.

рифейский (1.65-1.1 млрд. лет). Каждый из них характеризуется определенным комплексом пород, спецификой тектоно магматической истории и металлогении, определяемым геодинамическим режимом развития основных геологических структур. Для формирования раннепротерозойских пегматитовых Чупино-Лоухского и магматических месторождений Печенгского рудных районов северо-восточной части Балтийского щита важнейшее

значение имеют карельским и свекофеннский тектономагматические циклы

Тектономагматическая активизация карельского цикла (2 5-2 0 млрд лет), в пределах Беломорского и Кольского геоблоков была связана с заложением глубоких расколов в ранее кратонизированной области, когда по границам блоков, в условиях режима растяжения, возникла система сопряженных линейных рифтогенных структур северо-западного и северовосточного простирания [Земная кора , 1978, Магматизм и металлогения , 1993, Металлогения Карелии, 1999 и др ], в которых преобладал основной-ультраосновной магматизм В их развитии выделяются два главных этапа с характерными для них магматическими, осадочно-вулканогенными формациями и металлогенией В начальный сумийско-сариолийский этап образовался главный Беломорский рифт и вместе с ним сформировалась Печенга-Имандра-Варзугская рифтогенная зона, контролирующая размещение этих интрузий Вулканиты этих структур имеют различный состав и относятся к андезитобазапьтовой, толеит-базальтовой, пикрит-базальтовой формациям В этот период происходит формирование раннепротерозойской северопеченгской вулканогенно-осадочной серии и формирование Печенгской структуры В пределах Карельского и Кольского геоблоков интрузии максимально расслоены, имеют крупные размеры и лополитообразную форму (Луккулайсваара, Ципринга, Кивакка, Мончегорский, Федорово-Панский, Горы Генеральской и др) Они содержат сульфидную медно-никелевую, хромитовую и платинометальную минерализацию (см рис 1 б) Главную роль в их локализации играют продольные разломы архейского основания, имеющие северо-западное простирание, а также северо-восточные разломы [Чащин, 1999] Возраст этих интрузий определен в 2 5-2 4 млрд лет [Баянова, Митрофанов, 2002 и др ] Для Беломорского блока в это время характерен интенсивный интрузивный магматизм с внедрением лайкового комплекса лерцолит-габброноритов и габбродолеритов, а затем жильных гранит-лейкогранитов В позднем Карелии породы всех метаморфических и интрузивных комплексов претерпели интенсивные, но локально проявленные деформации и метаморфизм в условиях эпидот-амфиболитовой фации высоких давлений В это время формируются складчатые структуры Чупино-Лоухского пегматитового района

Свекофеннский тектономагматический цикл (2 00-1 65 млрд лет) характеризуется заложением системы глубинных разломов северо-западного и субширотного простирания, явившихся основой свекофеннских подвижных поясов Беломорская структура в этот период представляла собой область интенсивных движений и метаморфизма [Магматизм и металлогения , 1993, Эволюция , 1987, Металлогения Карелии, 1999 и др] На рубеже 1 95-1 80 млрд лет породы беломорского комплекса претерпели интенсивный диафторез эпидот-амфиболитовой фации высоких давлений с

формированием зон вторичного раесланцевания В этот период формируются главные месторождения мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского и Енского районов [Гродницкий, 1982, Шуркин и др, 1988 и др ], а в Печенгском рудном районе происходит локализация никеленосных габбро-верлитовых интрузивов, а затем, на завершающем этапе свекофеннского цикла формируются межпластовые тектонические зоны синметаморфического раесланцевания, которые приводят к образованию чешуйчато-блоковой структуры Печенгского рудного поля [Горбунов, 1968, Горбунов и др 1978, 1999 и др ]

Печенгский рудный район как составная часть Печенга-Имандра-Варзугской зоны карелид фигурирует во всех тектонических, геофизических и металлогенических обобщениях по Балтийскому щиту, но под разными названиями Г И Горбунов и др [1978, 1999] выделяют на Кольском полуострове Печенга-Варзугскую структурно-формационную и одноименную металлогеническую зону и различают на ее северо-западном фланге два крупных рудных поля медно-никелевых месторождений - Печенгское и Аллареченское Т В Билибина и др [1980] рассматривают их как две металлогенические зоны, входящие в одну структурно-формационную зону, а М В Минц и др [1990] - как два рудных района в пределах Печенгско-Аллареченской металлогенической области Г Гаал [Gaal, 1990] называет Печенгское рудное поле Печенгским металлогеническим районом и трактует его как составную часть свекофеннского пояса Печенга-Пасвик-Полмак В середине 1980-х годов интерпретации металлогении района на основе геосинклинальной теории сменились различными вариантами плейттектонических построений [Минц и др, 1996, Berthelsen, Marker, 1986, Melehik, Sturt, 1994 и др ]

Таким образом, для структурно-петрофизических исследований диссертанта были выбраны Чупино-Лоухский слюдоносный и Печенгский рудные районы Их объединяет формирование на раннепротерозойском (карельском) этапе развития Балтийского щита пегматитовмещающих складчатых структур сложного поперечно-перекрестного типа в первом, а для второго - образование северопеченгской серии, слагающей Печенгскую структуру, в которой локализуются габбро-верлитовые интрузивы с медно-никелевыми месторождениями В свекофеннский этап тектономагматической активизации в Чупино-Лоухском районе происходит образование зон вторичного раесланцевания, которые накладываются на складчатые структуры и контролируют размещение жил мусковитовых пегматитов, а в Печенгском районе происходит формирование чешуйчато-блоковой структуры Печенгского рудного поля с образованием тектонических синметаморфических зон раесланцевания и локализация в них богатых сульфидных медно-никелевых руд [Шуркин и др , 1988, Горбунов и др , 1999, Казанский и др , 1985, 1994, Лобанов, 2007 и др ]

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение Разработана методология структурно-петрофизического изучения метаморфических пород и руд с использованием плотности, характеризующей литологическин состав пород, и коэффициента объемной аннзотропни упругих волн, отражающего интенсивность тектонических деформаций синхронных с метаморфизмом. Метод апробирован при изучении Кольской сверхглубокой скважины и поверхностных структур Чупино-Лоухского и Печенгского рудных районов

В 1972 году для изучения Кольской сверхглубокой скважины СГ-3 была создана тематическая группа ИГЕМ АН СССР, в которую вошли сотрудники отделов эндогенных рудных месторождений, петрографии, метасоматизма и метаморфизма, лабораторий рентгеноспектральной и изотопных исследований Исследования этой группы были направлены на изучение эндогенных процессов в глубинных зонах земной коры, прежде всего, рудообразования, и включали специализированную документацию керна, изучение типоморфизма минералов, минеральных парагенезисов горных пород и руд, наблюдения за внутренним строением разрывных нарушений, соотношениями между деформациями горных пород, их метаморфизмом и петрофизическими свойствами [Глаголев и др, 1987, Кольская сверхглубокая , 1984 и др ]

Для характеристики тектонических деформаций в разрезе скважины СГ-3 сначала были использованы наблюдения за текстурами пород и микроструктурный метод, основанный на определении ориентировки зерен кварца, карбонатов, слюд, и т д Эти исследования позволили сделать выводы о тектонической природе анизотропии пород в зоне Лучломпольского разлома и о едином плане деформаций раннепротерозойской северопеченгской и архейской кольской серий в эпоху протерозойского метаморфизма [Казанский и др , 1985, 1997, 2004] Вместе с тем выявились ограниченные возможности этого метода для изучения слабо деформированных пород, особенно основных вулканитов, которые слагают значительные интервалы разреза скважины Это вызвало необходимость применения другого метода, отражающего внутреннее строение пород любого состава

Решение этой задачи было осуществлено путем модернизации структурно-петрофизического метода, разработанного В И Старостиным [1979] и предназначенного для выявления палеотектонических полей напряжения на последовательных этапах развития рудоносных структур, определения роли физико-механических свойств пород в локализации руд и условий образования и преобразования месторождений полезных ископаемых Он базируется на определении и сравнении абсолютных значений плотности, объемной анизотропии упругих свойств (скоростей ультразвуковых волн, модулей упругости и

др.), пористости, параметров насыщения пород и руд и используется в комплексе с детальным геологическим картированием, тектонофизическими и микроструктурными исследованиями.

Структурно-пегрофизнческое изучение метаморфических пород из разреза Кольской сверхглубокой скважины было начато диссертантом в 1974 г. Согласно методике исследования проводились на плоскопараллельных взаимно перпендикулярных пластинах выпиленных из образцов керна и ориентированных образцов с поверхности, на которых указаны координаты их пространственной ориентировки (рис. 2.а). На этих пластинах пород проводилось определение плотности, параметров насыщения, эффективной пористости методом свободного насыщения водой [Лобанов, 1980; Казанский и др., 1985 и др.].

С применением ультразвуковых установок УЗИС-ЛЭТИ и Р5-5 со специальной

теодолитной приставкой на этих пластинах определялись скорости Ур, Ув и строились

диаграммы скоростей Ур (рис. 2.6). В отличие от первоначальной методики структурно-

петрофизического анализа, которая предусматривала построение диаграмм Ур для образцов

Рис. 2. Схема ориентировки взаимно перпендикулярных плоскопараллельных пластин в образце керна и ориентированном образце с поверхности (а) и построения петрофизических диаграмм Ур на компьютере (б) [Лобанов и др., 1982; Старостин, 1984].

пород в сухом и максимально насыщенном водой состоянии, а также их разностной диаграммы, позволяющей получить ориентировку микротрещин и пор, для метаморфических пород исследования были проведены иначе. Для этих пород характерны низкие значения пористости 0.1-0.5 % и построение диаграмм Ур для пластин в сухом состоянии и, соответственно, разностных, | теряет смысл [Дортман, 1976; Лобанов, 1980 и др.]. Поэтому все исследования проводились диссертантом только на образцах в максимально насыщенном водой состоянии с целью уменьшения влияния микротрещин и пор на результаты измерений. Объемная петрофизическая диаграмма строилась по 74 замерам скоростей Ур. которые отражают ориентировку всех породообразующих минералов метаморфических пород. С применением компьютерных программ производилось построение диаграмм Ур, расчет упругих параметров и коэффициента объемной анизотропии Ур (КАУр), величина

которого определяется отношением областей максимальных скоростей Ур к минимальным на петрофизических диаграммах [Лобанов и др, 1982, Казанский и др , 1985 и др ] Все лабораторные исследования образцов пород и руд были проведены в рудно-петрофизической лаборатории кафедры полезных ископаемых Геологического факультета МГУ

Петрофизические диаграммы Ур отражают ориентировку всех породообразующих минералов в образце, поэтому являются более информативными по сравнению с микроструктурными диаграммами, так как структурно-петрофизический метод использует взаимосвязь, существующую между упругими свойствами и структурой пород Определяемая по данным дирекционных измерений скоростей Ур индикатриса позволяет оценить упругую анизотропию породы, а ее форма и абсолютные значения упругих параметров, коэффициента КАУр являются функцией минерального состава, условий образования, а также характера и интенсивности метаморфических преобразований Физико-механические свойства пород и руд чутко реагируют на все приложенные к ним разноплановые деформации в ходе геологической истории Эти свойства хранят информацию о структурно-генетических преобразованиях пород и руд [Старостин 1984]

Значения КАУр отражают степень тектонической переработки пород, синхронной с метаморфизмом, независимо от их исходного состава Они возрастают от массивных почти изотропных пород со значениями - 1 01 и достигают максимальных значений для бластомилонитов и интенсивно рассланцеванных пород - 1 50 [Казанский и др, 1985, Лобанов и др, 1982, 1987] На форму индикатрис на диаграммах Ур и значения КАУр оказывают влияние наложенные процессы такие как, серицитизации, хлоритизации, альбитизации, эпидотизации, карбонатизации, при которых происходит замена первичных минералов вторичными и усложнение формы индикатрис и уменьшение КАУр

Структурно-петрофизический анализ применим при изучении месторождений полезных ископаемых, залегающих в различных комплексах пород К началу проведения диссертантом исследований на Балтийском щите, он применялся только для изучения рудных месторождений Урала и Рудного Алтая, поэтому потребовалась модернизация методики исследований для изучения метаморфических пород, слагающих докембрийские рудоносные структуры [Старостин, 1979, Старостин и др , 1995, 2002, Лобанов и др , 1982 и др ]

Изучение физико-механических свойств метаморфических пород и их роли в локализации месторождений полезных ископаемых в рудоносных докембрийских структурах северовосточной части Балтийского щита осуществлялось различными методами многими исследователями [Роль физико-механических свойств , 1973, Петрофизическая характеристика советской части , 1976, Петрофизические исследования , 1979, Петрофизика древних образований, 1986, Кольская сверхглубокая , 1984, 1998 и др ]

На Балтийском щите рудоносные структуры формировались путем пластического течения, перекристаллизации и частичного плавления пород в обстановке, отвечающей нижнему уровню дислокационного метаморфизма [Казанский, 1973, Лобанов и др , 1982 и др ] В этих условиях происходит совпадение петроструктурной и деформационной компонент упругой анизотропии пород, образуя особый метаморфогенный петроструктурно-деформационный тип анизотропии Поэтому изменения в методике исследований для этих пород потребовали изучения в первую очередь взаимосвязи метаморфизма, тектонических деформаций и петрофизических свойств пород, а для интерпретации индикатрис на петрофизических диаграммах Ур главное значение имеют, не наблюдения за трещиноватостью, как это было ранее, а за сланцеватостью и мелкими структурными формами метаморфических пород Соответственно, потребовалось изменить порядок проведения, как полевых наблюдений, так и лабораторных исследований [Лобанов, 1980, 2007 и др ]

Петроструктурно-деформационная анизотропия упругих свойств присуща породам и рудам, испытавшим пластические деформации и гидротермально-метасоматические преобразования в условиях зонального метаморфизма от эпидот-амфиболитовой до гранулитовой фации Этот тип анизотропии связан с ориентировкой минералов, которая равновесна с локальным полем палеонапряжений В метаморфических породах минеральные зерна располагаются таким образом, чтобы вектор, характеризующийся максимальным значением скоростей Ур, был ориентирован вдоль направления минимального сжатия, существовавшим в период пластической деформации породы, а с осью максимального сжатия будут совпадать те направления в зернах минералов, в которых величины скоростей будут минимальны (см рис 2 б) Эта закономерность справедлива для любых минеральных агрегатов и объясняет их поведение в поле напряжений Возникшие при этом структуры обладают отчетливой связью между ориентировками зерен породы и ее физическими свойствами [Старостин, 1979, 1984]

Сопоставление диаграмм Ур с полосчатостью, сланцеватостью, микроскладчатостью, а также с минеральным составом и текстурно-структурными особенностями метаморфических пород, степенью их мигматизации и параметрами физико-механических свойств, позволило определить геологические факторы, обусловившие возникновение индикатрис той или иной формы [Звездов, Лобанов, 1976, Лобанов и др, 1982] Форма индикатрис определяется ориентировкой плоскостных элементов (кристаллизационной сланцеватостью) и в ряде случаев на нее оказывает воздействие наложенная микроскладчатость [Сорский, 1952, Елисеев, 1967 и др ] Наличие поясов повышенных скоростей Ур на диаграммах и, особенно, расположение в их краевых частях максимумов Ур (см рис 2 б), может быть объяснено пластической деформацией, которую претерпели породы в условиях больших глубин,

поскольку именно с ней многие исследователи связывали явления сланцеватости и линейности в породах [Казаков, 1976 и др ] Для интерпретации индикатрис на диаграммах Ур учитывалось влияние упругих свойств главных породообразующих минералов, слагающих гнейсы и амфиболиты - кварца, плагиоклаза, слюд, полевых шпатов и амфибола и их поведение при метаморфизме [Беликов и др, 1970, Старостин, 1984 и др ]

В связи с необходимостью изучения пород архейской части разреза СГ-3 и характерных для них тектонических структур на поверхности, диссертантом были проведены исследования глубоко метаморфизованных пород, слагающих складчатые структуры в Чупино-Лоухском слюдоносном районе [Лобанов, 1980, Лобанов и др, 1982 и др ] Этот район является наиболее хорошо изученным на Балтийском щите, в котором пегматитоносные складчатые структуры сложенные архейскими породами беломорского комплекса, были сформированы в период карельской тектономагматической активизации, в условиях зонального метаморфизма, также как аналогичные тектонические структуры в Печенгском рудном районе [Казанский и др , 1985, Шуркин и др , 1988 и др ]

Изучение физико-механических свойств метаморфических пород беломорского комплекса проводилось на образцах из керна скважин и ориентированных образцах, отобранных по опорному профилю на поверхности длиной около 70 км от побережья Белого моря на востоке до зоны Беломорско-Карельского глубинного разлома на западе (см рис 1 б) Опорные разрезы и профили для изучения пегматитовых участков расположены поперек простирания беломорид и достаточно полно характеризуют разрезы свит всего комплекса и продуктивных горизонтов чупинской свиты, содержат горные выработки, скважины или естественные обнажения, позволяющие проводить структурные наблюдения и отбирать образцы

Изучение пегматитоносных складчатых структур проводилось с помощью пунктов структурно-петрофизических наблюдений в масштабах от 1 50000 до 1 2000, которые включали в себя 1) сведения о породах и их составе, 2) структурную информацию о слоистости, строении контактов пород, микросладчатости, сведения о жильных образованиях, их составе и последовательности формирования, 3) проведение статистических замеров мелких структурных элементов и трещиноватости [Лобанов, 1980, Лобанов и др , 1982, 2003] Опорные разрезы и детальные участки складчатых структур явились основной частью структурно-петрофизических схем месторождений Вторая часть исследований включала нанесение на карты и разрезы результатов лабораторных определений физико-механических свойств, анизотропии Ур, петрографического изучения пород и анализа всех этих данных

Для петрофизической характеристики пегматитоносных складчатых структур, в пределах чупинской свиты, отбирались ориентированные образцы по простиранию продуктивных горизонтов В этих складчатых структурах поперечно-перекрестного типа проводилось

изучение более мелких наложенных складок, контролирующих размещение кустов жил пегматитов Детальные исследования проведены на месторождении Тэдино, где изучались особенности локализации пегматитовых жил в зонах вторичного рассланцевания свекофеннского этапа тектономагматической активизации [Лобанов, 1980, 2007]

Наиболее важную информацию о локализации жил мусковитовых пегматитов в разрезе беломорского комплекса дают средние значения петрофизических параметров, а пегматитоносность тектонических структур закономерно связана с характером анизотропии упругих свойств пород Всего были изучены разрезы 16 скважин общей длиной более 9000 м и горные выработки на месторождениях пегматитов - 4000 м С 1974 по 1988 г диссертантом было отобрано и изучено более 2000 образцов пород Детальные исследования условий локализации жил пегматитов в складчатых структурах были проведены на 12 месторождениях Чупино-Лоухского района, в ходе которых построено около 600 диаграмм Ур, позволивших дать характеристику особенностей внутреннего строения этих структур Все петрофизические параметры, полученные для отдельных образцов, были суммированы по типам пород и рассчитаны методом среднего взвешенного, что позволило определить их средние значения для формализованных тектонических элементов свит беломорского комплекса и продуктивных горизонтов чупинской свиты [Лобанов и др, 1982] В результате этих исследований установлено, что наиболее информативными параметрами для характеристики закономерностей локализации пегматитовых жил в метаморфических породах беломорского комплекса являются плотность и КАУр

Петрофизические исследования образцов керна по разрезу СГ-3 были проведены Б П Беликовым, Ю И Кузнецовым и другими исследователями из различных организаций [Кольская сверхглубокая , 1984, 1998 и др ] Изучались физико-механические свойства пород, и, особенно, анизотропия упругих свойств в техногенном аспекте для прогноза искривления скважины в процессе бурения Определялись плотность, пористость, проницаемость, а также упругие, деформационно-прочностные, магнитные, радиоактивные свойства пород, скорости упругих волн и их анизотропии в образцах керна скважины Анизотропия определялась путем сопоставления замеров скоростей вдоль и поперек образцов керна (при изменяющихся углах падения, слоистости и сланцеватости, линейности)

Детальное структурно-петрофизическое изучение пород разреза СГ-3 было начато диссертантом в 1980 г и явилось продолжением исследований Б П Беликова [Казанский и др , 1985, Кольская сверхглубокая , 1984 и др ] Наряду с этим сотрудники тематической группы ИГЕМ приступили к систематическому сбору образцов архейских и протерозойских пород по опорному профилю через Печенгский рудный район для струкгурно-

петрофизического изучения и сопоставления с разрезом СГ-3 (см рис 1 б) Эти исследования проводились с учетом результатов работ диссертанта в Чупино-Лоухском районе [Лобанов и др , 1982] Ориентированные образцы пород отбирались в течение 10 лет по опорному профилю длиной 120 км от побережья Баренцева моря на северо-востоке до Аллареченского рудного поля на юго-западе и расположенного поперек простирания тектонических структур района Наряду с этим проводилась документация и отбирались образцы из керна около 60 скважин, горных выработок и естественных обнажений, что позволило охарактеризовать все тектонические блоки Печенгского рудного района [Казанский и др, 1985, 1996, 2004] Образцы отбирались из вулканогенных толщ северопеченгской серии как по простиранию Печенгской структуры, так и по опорным профилям поперек ее простирания в западной и центральной частях Детальные исследования были проведены в Воронье-Колмозерской, Лицко-Арагубской, Порьиташской и Лучломпольской зонах глубинных разломов, а также на контакте раннепротерозойской северопеченгской и архейской кольской серий как по разрезу СГ-3, так и на поверхности Все эти работы проводились с помощью пунктов структурно-петрофизических наблюдений в масштабах от 1 100000 до 1 2000 Всего в Печенгском рудном районе было изучено около 10000 образцов пород и руд

Изучение разреза Кольской сверхглубокой скважины в интервале 0-12 км и опорного профиля на поверхности позволило получить два блока данных, соответственно по 1600 и 2400 образцам, которые были собраны, изучены и проанализированы одними и теми же методами и на одних тех же лабораторных приборах, сотрудниками тематической группы [Казанский и др, 1985, Глаголев и др, 1987, Лобанов и др, 1996, 2007 и др ] Получены данные о плотности, пористости, модулях упругости, скоростях Ур и Уз, петрофизические диаграммы Ур и значения КАУр для метаморфических пород

Эти исследования позволили найти путь формализации геологической задачи по изучению глубинного строения Печенгского рудного района, который коррелируется с геофизическими методами в области гравиметрии и сейсмики, и провести формализацию разреза СГ-3 и опорного профиля по двум параметрам плотности и КАУр для компьютерной обработки геологических и петрофизических данных с применением новейших технологий [Казанский и др , 1993, 1994, 1997, 2005 и др ] Все петрофизические параметры рассчитывались для отдельных образцов, а затем они были суммированы по типам пород и методом среднего взвешенного вычислены для формализованных элементов разреза СГ-3 и опорного профиля Это позволило осуществить перевод геологической информации в форму, доступную для компьютерной обработки, корреляции формализованного разреза скважины, опорного профиля и привлечения материалов наземных гравиметрических съемок Была проведена петрофизическая характеристика формализованных элементов тектонических блоков по

разрезу СГ-3, Северного и Южного крыльев Печенгекой структуры на поверхности, а также архейских блоков пород как к северо-востоку, так и к юго-западу от этой структуры

В результате изучения метаморфических пород, слагающих архейские и раннепротерозойские тектонические структуры северо-восточной части Балтийского щита в Чупино-Лоухском и Печенгском рудном районах, установлено, что плотность пород и коэффициент объемной анизотропии Ур (КАУр) являются основными параметрами для формализации разреза СГ-3, опорных профилей на поверхности, характеристики рудоносных докембрийских структур Первый параметр характеризует литологический состав пород, второй - интенсивность тектонических деформаций, синхронных с метаморфизмом Это позволило применять компьютерную обработку геологических и петрофизических данных

Тематической группой ИГЕМ совместно с лабораторией геоинформатики ВНИИгеосистем была разработана интегральная модель глубинного строения Печенгского рудного района до глубины 15 км [Казанский и др, 1993, 1994, 1997, ЬоЬапоу е1 а1, 2003, 2004 и др ] Структурно-петрофизические данные явились ключом к разработке 2-х важных составных элементов этой модели 1) определении глубины залегания Печенгекой структуры и продуктивной толщи, 2) характеристики преобразования пород северопеченгской серии и приуроченных к ней никеленосных габбро-верлитовых интрузий Печенгского рудного поля

Структурно-петрофизические исследования были проведены диссертантом с 1985 по 2004 г на месторождениях сульфидных медно-никелевых руд Печенгского рудного поля совместно с геологами ГМК «Печенганикель» (см рис 1 б) [Лобанов, 1990, Лобанов и др, 1989, 2005 и др ] Были изучены разрезы продуктивной толщи свиты пильгуярви, в которой локализованы все никеленосные интрузивы от СГ-3 через месторождения Спутник и Верхнее по 5 скважинам общей длиной 7000 м, а также центральную часть месторождения Пильгуярвинское по 3 скважинам - 4500 м Детальные исследования были проведены на месторождениях Восточного рудного узла, в ходе которых изучены особенности внутреннего строения дифференцированных габбро-верлитовых интрузивов, рудных тел и межпластовых зон синметаморфического рассланцевания, по профилям в карьерах и подземных горных выработках общей длиной 6000 м на месторождениях Заполярное, Пильгуярвинское (Юго-Западное, Западное, Центральное, Юго-Восточное, Южное и Восточное рудные тела) Всего изучено 6000 образцов пород и руд с детальным картированием рудных тел, зон тектонических нарушений в масштабе от 1 25000 до 1 50 В результате получены данные о внутреннем строении продуктивной толщи, гетерогенности ее разреза по физико-механическим свойствам пород, особенностях внутреннего строения никеленосных интрузивов, а также установлена роль межпластовых зон синметаморфического рассланцевания в локализации богатых сульфидных медно-никелевых руд

Важным этапом исследований диссертанта и сотрудников тематической группы ИГЕМ проведенных с 1989 по 2007 гг совместно с геологами Кольской экспедиции сверхглубокого бурения НПО «Недра» и других организаций явились специальное структурно-петрофизическое и петрологическое изучение образцов керна из архейской части разреза СГ-3 в интервале 7-12 км и их аналогов с поверхности [Лобанов и др, 1999, 2002, Иванкина и др , 2004 и др ] Они были проведены на образцах керна из интервалов разреза пройденных алмазным буровым инструментом и наименее затронутых техногенными преобразованиями в процессе бурения, что позволило найти и сопоставить образцы-аналоги с поверхности Это сопоставление по петрологическим и петрофизическим параметрам позволило дать характеристику пород в зонах пониженных скоростей и повышенной пористости на больших глубинах в интервалах 8-12 км разреза СГ-3, которые выделяются как сейсмические границы

Выводы

1 Структурно-петрофизический анализ, разработанный ранее для изучения близповерхностных деформаций на рудных месторождениях Урала и Рудного Алтая, впервые был применен и модернизирован диссертантом для изучения глубоко метаморфизованных докембрийских пород Балтийского щита Для этих пород присуща упругая анизотропия петроструктурно-деформационного типа, так как рудоносные структуры формировались путем пластического течения, перекристаллизации и плавления пород

2 Применение модернизированного структурно-петрофизического метода для изучения петрофизических свойств и анизотропии метаморфических пород было проведено в тесной взаимосвязи с данными по метаморфизму и тектоническим деформациям на образцах из разреза СГ-3, опорных профилей на поверхности, которые были собраны, изучены и проанализированы одними и теме же исследователями, одними и теми же методами, и на тех же лабораторных приборах Определены параметры физико-механических свойств метаморфических пород Чупино-Лоухского и Печенгского районов с раннепротерозойскими месторождениями мусковитовых пегматитов и сульфидных медно-никелевых руд

3 Определены основные петрофизические параметры для формализованного описания разреза Кольской сверхглубокой скважины, опорных профилей на поверхности, рудоносных докембрийских структур Чупино-Лоухского и Печенгского рудных районов Это плотность как показатель литологического состава пород и коэффициент объемной анизотропии Ур (КАУр), как индикатор интенсивности синметаморфических тектонических деформаций, позволяющие применять компьютерную обработку геологических и петрофизических данных

Второе защищаемое положение Закономерности локализации мусковитовых пегматитов в складчатых структурах н зонах вторичного рассланцевания в Чупино-Лоухском слюдоносном районе обусловлены высокой анизотропией упругих свойств и пластическими деформациями глиноземистых гнейсов продуктивных горизонтов чупинской свиты беломорского комплекса на свекофеннском этапе тектономагматической активизации.

Беломорская пегматитовая провинция, охватывающая Карельское побережье Белого моря и юго-западную часть Кольского полуострова и подразделяется на два пегматитовых района Чупино-Лоухский и Енский (см рис 1 б) В беломорском комплексе мусковитовые пегматиты тяготеют к свитам глиноземистых гнейсов, занимающим определенное положение в разрезе и претерпевшим многоэтапную перекрестную складчатость и метаморфизм [Горлов, 1973, Салье, Глебовицкий, 1976, Металлогения Карелии, 1999 и др ]

Генезис мусковитовых пегматитов служит предметом дискуссий [Мусковитовые , 1975, Шуркин и др , 1988 и др ] Первоначально они рассматривались как продукты кристаллизации гранитной магмы, затем возникла идея о метасоматическом генезисе пегматитов и их генетической связи с определенными фациями регионального метаморфизма, а дальнейшее ее развитие привело к разработке модели метаморфогенного образования пегматитов Для беломорского комплекса выделяются несколько этапов метаморфизма раннеребольский гранулитовой фации возрастом 2820±15 млн лет [Глебовицкий и др , 1996, Другова, 1999], высокобарический амфиболитовой фации (Т = 650-730° С и Р = 6-8 кбар [Глебовицкий и др , 1996], с возрастным интервалом 2710±15-2615±15 млн лет [Бибикова и др, 2004], высокобарический эпидот-амфиболитовой фации (580-600°С и 5-7 кбар) [Другова, 1999] -1875±5 млн лет [Бибикова и др , 2001]

Среди исследователей нет единого мнения о структурных условиях локализации слюдоносных пегматитов Согласно одной точке зрения главная масса жил была образована синхронно с процессами складчатости [Горлов, 1975, Родионов, 1959, Шуркин и др, 1962, 1988 и др ], а согласно другой, формирование пегматитов происходило после создания складчатых структур в условиях преобладающих дизъюнктивных дислокаций [Рыцк, 1972, Стенарь, 1976, Салье, 1982 и др ] Размещение жил мусковитовых пегматитов контролируют северо-западные складки с субвертикальным положением осевых поверхностей, наложенных на более ранние субширотные и северо-восточные складки, сформировавшиеся на карельском этапе тектономагматической активизации и крутопадающие субмеридиональные зоны вторичного рассланцевания, образование которых происходило на свекофеннском этапе активизации Балтийского щита [Зарубин, 1975] Деформации позднего периода в пределах беломорского комплекса осуществлялись в

условиях ставролитовых и дистеи-граиат-биотит-мусковитовых субфаций фации альмандииовых амфиболитов с увеличением степени наложенного зонального метаморфизма в направлении к центральной части Беломорского блока, а возраст мусковитовых пегматитов -1800 млн лет

На основе геологических и петрографических данных в беломорском комплексе в Чупино-Лоухском районе Н В Горловым [1973] выделены три свиты (снизу вверх) котозерская, чупинская, хетоламбинская, а Е П Чуйкиной [1975] - пять свит западная, котозерская, чупинская, хетоламбинская и керетская (рис 3 а) Общая мощность комплекса оценена в 10-12 км Представления об общей структуре беломорид также различны Согласно одним исследователям [Горлов, 1967, Чуйкина, 1973 и др ], породы беломорского комплекса моноклинально падают на северо-восток и слагают юго-западное крыло Кандалакшского синклинория, согласно другим [Дук, 1967, Мишарев и др , 1960, Стенарь, 1973, Шуркин, 1968], основной структурой беломорид является опрокинутый на юго-запад Енско-Лоухский синклинорий, ядро которого сложено породами чупинской свиты, а по современным представлениям он имеет сложную линейную покровно-складчатую структуру [Глебовицкий и др , 1996, Миллер, 2002]

Структурная закономерность локализации кустов пегматитовых жил Чупино-Лоухского района отражается также на гравиметрической схеме (рис 3 б) При общем возрастании значений поля силы тяжести с северо-запада на юго-восток, отмечено, что все известные месторождения пегматитов приурочены к изометричным положительным аномалиям с повышенными значениями, отражающим участки проявления локальной тектономагматической активизации Детальные гравиметрические исследования выявили приуроченность кустов жил пегматитов к участкам между полями локальных положительных и отрицательных аномалий, первые из которых присущи интенсивно мигматизированным гнейсам, плагиогранитам, а вторые интрузивам основных-ультраосновных пород, амфиболитам или слабо мигматизированным гнейсам [Корсаков, 1971] Эти данные подтверждают локальное проявление раннепротерозойской тектономагматической активизации в Чупино-Лоухском районе, в ходе которой происходили формирование пегматитовмещающих складчатых структур и локализация жил мусковитовых пегматитов [Шуркин и др , 1988]

В Чупино-Лоухском районе исследования диссертанта были направлены на решение трех задач 1) получение дополнительных характеристик о строении разреза беломорского комплекса и причинах литологического контроля мусковитовых пегматитов, 2) установление характеристик локальных пегматитоносных структур с особым вниманием к зонам вторичного рассланцевания, 3) модернизация структурно-петрофизического анализа

□1

□¡О3 I д"

СИ5

О' П*

СП9 Ню

11 12

са»

ЦП)"

Ш15 И316

Ш" 118

ВЯ19

I • I20

1.20 21

Рис. 3. Схема геологического строения (а), гравитационного поля (б) Чупино-Лоухского слюдоносного района [Лобанов и др., 1982]. Составлена с использованием данных Е.П.Чуйкиной, Н.В.Горлова, К.А.Шуркина и др.

Беломорский комплекс (архей): 1 - керетская свита - биотитовые гнейсы, 2 - хетоламбинская свита - амфибол-бнотитовые гнейсы и амфиболиты; 3-5 - чупинская свита (гнейсы и номера горизонтов в кружках): 3 - гранат-биотитовые и биотитовые (12, 8, 7х, 6х, 4х - перспективные), 4 - кианит-гранатовые-биотитовые и гранат-биотитовые (11, 10, 6, 5 - продуктивные), 5 - биотитовые и амфибол-биотитовые (9, 7, 5х, Зх); 6 - биотиотовые и амфибол-биотитовые гнейсы котозерской свиты; 7 - гранитогнейсы западной свиты; 8 -граниты; 9 - аплиты, 10 -основные-ультраосновные интрузии; 11- амфиболиты; 12 - анортозиты; 13 - границы свит; 14 - разломы; 15-16 -оси антиклиналей: 15 - северо-западных; 16 - северо-восточных; 17 - залегание сланцеватости; 18-19 -месторождения и кусты жил пегматитов: 18 - мусковитовых; 19 - керамических; 20 - места отбора

Нигрозеро -

Белое море

"эдино

воробьвио озеро

.Карельское

Станционное

Хетоламбино

Ж1-201 ° ^ ■--

.....^ '" Белое море

а л и новая варака! ,

1-16 | Кото зеро

- ГГ09Г"'

Чкаловское

[Слюдозеро,

ориентированные образцов, 21 - средние значения К Л V р для глиноземистых гнейсов продуктивных горизонтов на пегматитовых участках. Северо-восточные и субширотные антиклинали: I - Тэдинская, II - Полярная, III -Пертиваракская, IV - Важенская, V - Малинововаракская, VI - Кябинская, VII - Лоушская. Северо-западные антиклинали: А - Сторонинская, Б - Хитогорская, В - Шатковоборская, Г - Нижнепулонгская, Д -Поповнаволокская, Е - Вицеваракская, Ж - Плотинская. I - I - опорный профиль на поверхности через Чупино-Лоухский район. Римские цифры в кружках - формализованные элементы свит беломорского комплекса: I -Западный, II - Котозерский, III - Чупинский, IV - Хетоламбинский, V - Керетский.

применительно к глубоко метаморфизованным и мигматизированным породам с изучением наиболее информативных петрофизических параметров - плотности и KAVp.

За основу литологического расчленения беломорского комплекса была принята стратиграфическая схема Е.П.Чуйкиной [ 1975]. согласно которой разрез состоит из западной, котозерской, чупинской, хетоламбинекой и керетской свит, а также геологическая карга района масштаба 1:50000. Структурно-петрофизическое изучение образцов пород этих свит было проведено по опорному профилю на поверхности от побережья Белого моря на востоке до зоны Беломорско-Карельского глубинного разлома на западе, что позволило дать петрофизическую характеристику всех формализованных тектонических блоков беломорского комплекса.

Для изучение условий локализации пегматитовых месторождений Чупино-Лоухского района в качестве основных петрофизических параметров для формализованного описания разреза беломорского комплекса и продуктивных горизонтов чупинской свиты, слагающих пегматитоносные складчатые структуры, были выбраны плотность пород и KAVp. Значения этих параметров рассчитаны методом средневзвешенного с учетом всех разновидностей пород, слагающих каждую свиту и горизонт (рис. 4).

Рис. 4. Формализованный опорный профиль через Чупино-Лоухский пегматитовый район [Лобанов. 1 980]. Построен с использованием материалов Е.П.Чуйкиной, К.А.Шуркина и др КАУр - коэффициент объемной анизотропии Ур ЬН - (1-У) - формализованные тектонические блоки свит беломорского комплекса. Условные обозначения см. рис. 3.

Установлено, что породы чупинской свиты по сравнению с породами других свит

беломорского комплекса обладают меньшими величинами плотности и большими - КАУр керетская (V) - 2 66 г/см3, КАУр - 1 08, хетоламбинская (IV) - 2 80 и 1 11, чупинская (III) -

2 71 и 1 14, котозерская (II) - 2 75 и 1 08, западная (I) - 2 63, КАУр - 1 09 Эти различия объясняются составом пород свит В керетской и западной преобладают биотитовые гнейсы, хетоламбинской и котозерской - амфибол-биотитовые и амфиболиты, а чупинской -глиноземистые гнейсы Наибольшая величина КАУр для гнейсов чупинской свиты показывает ее высокую анизотропию по физико-механическим свойствам (Лобанов, 1980) Это свидетельствует о гетерогенности разреза беломорского комплекса по этим параметрам

Изучение физико-механических свойств метаморфических пород в разрезе продуктивной чупинской свиты было проведено с учетом всех их разновидностей для 15 формализованных стратиграфических горизонтов верхней (5-12) и нижней (1Х-7Х) подсвит [Чуйкина, 1975] (см рис

3 а и 4) Свита сложена преимущественно биотитовыми, гранат-биотитовыми и кианит-гранат-биотитовыми гнейсами, претерпевшими региональный метаморфизм кианит-альмандиновой субфации амфиболитовой фации, в которых широко проявлены процессы гранитизации и мигматизации Продуктивные горизонты свиты отличаются тонким переслаиванием глиноземистых гнейсов, среди которых расположены тела основных и ультраосновных пород Комплексные слюдяные керамические пегматиты залегают в биотитовых и амфибол-биотитовых гнейсах хетоламбинской свиты, а керамические - тяготеют к полям повышенной мигматизации гнейсов хетоламбинской, керетской и котозерской свит

Глиноземитстые гнейсы продуктивных горизонтов обладают большими значениями плотности и КАУр по сравнению с другими горизонтами чупинской свиты [Лобанов, 1980, Лобанов и др, 1982] Такое существенное отличие пород продуктивных горизонтов 11, 10, (месторождения Плотина, Малиновая Варака, Слюдозеро, Полярная гора) и 6, 5 (Тэдино и Карельское) верхней подсвиты (плотность - 2 72-2 77 г/см3, КАУр - 1 13-1 16), и перспективных на мусковитовые пегматиты горизонтов 12 и 8 той же подсвиты (2 72-2 74 г/см3 и 111-1 13), а также горизонтов и 7\ 6х, 4х нижней подсвиты (2 70-2 75 г/см3 и 1 10-1 12) объясняется особенностью их литологического состава, метаморфизма и степенью мигматизации Для них характерно преобладание глиноземистых гнейсов, которые характеризуются наибольшей пластичностью Высокие значения КАУр показывают, что для гнейсов этих горизонтов характерна максимальная анизотропии упругих свойств Изучение физико-механических свойств пород продуктивных горизонтов на месторождениях позволило выявить гетерогенность их пород по параметрам этих свойств (Таблица 1)

Значения петрофизических параметров для кианит-гранат-биотитовых, гранат-биотитовых и биотитовых гнейсов, слагающих пегматитовые участки на месторождениях показывают, что в пределах одних тех же горизонтов они обладают различными величинами Это объясняется

Таблица 1

Петрофизические параметры глиноземистых гнейсов продуктивных горизонтов на месторождениях мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского района

Месторождения Гнейсы Кол-во Плотность Ур Ув КАУр

и горизонты образцов г/см' км/с км/с

Кианит-гранат-биотитовые 45 2 78 5 19 2 62 1 17

Тэдино Гранат-биотитовые 140 2 71 5 24 2 73 1 15

6 Биотитовые 44 2 69 5 26 2 68 1 12

Кианит-гранат-биотитовые 34 2 76 4 98 2 78 1 13

Полярная гора Гранат-биотитовые 62 2 74 5 33 2 94 1 11

10 Биотитовые 22 2 67 5 42 3 00 1 10

Кианит-гранат-биотитовые 64 2 79 521 2 54 1 15

Карельский Гранат-биотитовые 120 2 71 521 2 55 1 13

5 Биотитовые 55 2 66 5 29 2 61 1 И

Малиновая Кианит-гранат-биотитовые 89 2 78 5 13 2 77 1 16

варака Гранат-биотитовые 115 2 74 5 15 2 77 1 14

10, 11 Биотитовые 36 2 67 5 32 2 82 1 10

Кианит-гранат-биотитовые 55 2 76 5 09 2 49 1 20

Плотина Гранат-биотитовые 129 2 70 5 26 2 60 1 15

10, 11 Биотитовые 35 2 63 5 32 2 66 1 14

Кианит-гранат-биотитовые 23 2 84 5 03 2 65 1 14

Слюдозеро Гранат-биотитовые 79 2 78 5 15 2 89 1 12

10, И Биотитовые 23 2 66 5 34 3 01 1 11

минеральным составом, текстурно-структурными особенностями этих пород, степенью их рассланцевания и мигматизации лейкократовым материалом [Алексеев и др, 1975, Голод и др , 1974, Зарубин, 1975 и др]

Метаморфический контроль, определяющий генетическую природу беломорских пегматитов, рассматривается в настоящее время как главный фактор, контролирующий их пространственное размещение [Салье, Глебовицкий, 1976, Соколов, 1970 и др ] К метаморфическим факторам контроля пегматитов относится также степень мигматизации вмещающих пегматитовые жилы гнейсов, так как для них характерна средняя степень мигматизации [Судовиков, 1939, Шуркин, 1959 и др ]

Изучение образцов глиноземистых гнейсов продуктивных горизонтов на участках месторождений Тэдино, Карельское, Плотина, Малиновая варака, Полярная гора показало, что их физико-механические свойства меняются в зависимости от степени мигматизации [Лобанов и др, 1982, Лобанов, Зингер, 2003] Для кианит-гранат-биотитовых, гранат-биотитовых и биотитовых гнейсов с увеличением степени мигматизации происходит уменьшение плотности с 2 84-2 82-2 72 г/см3 (слабая степень) до 2 76-2 75-2 67 (средняя) и

2 69-2 67-2 62 г/см3 (сильная), а значения KAVp для этих пород изменяются соответственно, 1 12-1 09-1 11 (слабая), 1 22-1 19-1 18 (средняя) и 1 15-1 14-1 13 (сильная) Таким образом, установленная ранее приуроченность жил мусковитовых пегматитов к участкам складчатых структур, сложенных глиноземистыми гнейсами со средней степенью мигматизации, обусловлена высокой анизотропией этих пород в диапазоне KAVp от 115 до 1 30 Формирование пегматитовмещающих полостей и локализация в них пегматитовых жил происходили в тех частях складчатых структур при тектонических воздействиях, для которых присуща наибольшая анизотропия упругих свойств

Особенность тектонического контроля месторождений мусковитовых пегматитов состоит в совмещенности их с участками наиболее четко проявленной поперечно-перекрестной складчатости, которая образуется в результате сложного сочетания складчатых структур северо-западного и северо-восточного простирания, которые сформировались на карельском этапе текгономагматической активизации Балтийского щита [Горлов, 1973, 1975, Шуркин и др, 1988 и др ] Кусты пегматитовых жил размещены в этой складчатости избирательно Они локализуются в перекгшнальных формах, отвечающих местам пересечения взаимно-перпендикулярных складок В размещении отдельных кустов пегматитов главное значение имеют тектонические зоны, обрамляющие поднятия второго порядка, сложенные кианит-гранат-биотитовыми гнейсами Развитые здесь основные и ультраосновные породы, анатектит-граниты, мигматиты и аплиты являются локальным магматическим фактором контроля мусковитовых пегматитов С заключительной стадией формирования этих зон, на свекофеннском этапе активизации Балтийского щита, связано образование в жесткой среде наложенных зон вторичного рассланцевания, контролирующих размещение пегматитовых жил [Зарубин, 1975, Чуйкина, 1975, Лобанов и др , 1982 и др ]

Структурно-петрофизическое изучение условий локализации жил мусковитовых пегматитов в складчатых структурах, сложенных глиноземистыми гнейсами продуктивных горизонтов чупинской свиты, было проведено в северной (месторождения Тэдино, Нигрозеро, Полярная гора), центральной (Карельское, Малиновая варака, Плотина, Лоушки, Слюдозеро) частях Чупино-Лоухского района, а комплексных и керамических пегматитов, залегающих в породах хетоламбинской и керетской свит, в его восточной части (Хетоламбино, Чкаловское, Кив-губа) (см рис 3 а)

Месторождение Тэдино, приурочено к антиклинали северо-восточного простирания и включает пегматитовые участки Слюдоварака, Комсомольский, Большое Тэдино, Дядиногорский и Кунья гора, залегающих в гнейсах 6 горизонта со значениями KAVp - 1 201 27 Согласно классификации структурных полей пегматитов [Родионов, 1972] для этого месторождения характерен комбинированный тип, в котором сочетается 2 вида жил -

поперечно-секушие и продольно-секущие Первые приурочены трещинам отрыва в мелких перегибах осей наложенных поперечных антиклинальных складок северо-восточного простирания, а второй приурочен к тектоническим зонам вторичного рассланцевания, выполняя сколовые трещины Для гнейсов 10, 11 горизонтов на месторождении Полярная гора, приуроченному к центральной части Полярной антиклинали северо-восточного простирания, характерна высокая степень мигматизации, что отражается на более низких значениях KAVp - 1 15, а жилы здесь относятся к поперечно-секущему типу Пегматитовые участки Нигрозерский, Северный, Промежуточный, Высота 129 месторождения Нигрозеро, сложены гнейсами 6 горизонта со значения KAVp 1 17-1 20 и приурочены к антиклинальным частям складок с пегматитовыми жилами поперечно-секущего типа

В центральной части Чупино-Лоухского района находятся месторождения Карельское, Малиновая варака, Плотина, Лоушки, Слюдозеро (см рис 3 а) Карельское месторождение приурочено к перекрестным антиклинальным складкам - Пертиваракской, субширотного простирания и Хитогорской - северо-западного, и включает в себя, собственно Карельское и месторождение Станционное (Вуат-варака) Здесь комбинированный тип жил установлен на участках Хито-гора, Лопатова Губа, Юбилейный, где локализация жил определяется вмещающими гнейсами 5 и 6 горизонтов Поперечно-секущие жилы располагаются в хрупких гранат-биотитовых и биотитовых гнейсах, а продольно-секущие - в зонах вторичного рассланцевания с KAVp - 1 21-1 27 Для пород участка Перти-варака присущ поперечно-секущий тип жил и KAVp - 121 Участок Вуат-варака приурочен к ступенеобразному перегибу северо-восточного крыла антиклинальной складки северозападного простирания, а значения KAVp для гнейсов - 1 24, тогда как для участка Летняя варака присущи продольно-секущие жилы в зонах вторичного рассланцевания с KAVp - 1 25 Месторождение Малиновая варака включает участки мусковитовых пегматитов Северный, Южный, Шатковоборский, Южного берега, Робака-варака, озера Долгого, Екки-варака, которые различаются между собой по структурному положению и строению Они приурочены к попечечно-перекресгным складчатым структурам, образованным антиклиналями Важенской, Мапинововаракской - северо-восточного и Шатковоборской, Нижнепулогской - северо-западного простирания Северный и Южный участки приурочены к восточной тектонической зоне и сложены гнейсами 10 и 11 горизонтов В структурном отношении на Северном участке жилы, залегают в линзе мелкозернистых гнейсов с KAVp -1 20, тогда как в гнейсах, обрамляющих эту линзу, а также на Южном участке продольно-секущие жилы приурочены зонам вторичного рассланцевания с KAVp - 1 24

Месторождение Плотина приурочено к поперечно-пекрестной складчатой структуре образованной антиклиналями Кябинской - северо-восточного и Плотинской северо-

западного простирания и залегает в глиноземистых гнейсах 10, 11 горизонтов, для которых присущи поперечно-секущие жилы и KAVp - 1.20. Месторождения Лоушки и Слюдозеро находятся в складчатой структуре образованной пересечением антиклиналей Кябинской северо-восточного и Вицеваракской северо-западного простирания и сложены гнейсами тех же горизонтов, для со значения KAVp - 1.15 и 1.18.

Для восточной части Чупино-Лоухского района, расположенного вдоль побережья Белого моря, выделяются Хетоламбинское и Чкаловское месторождения комплексных и керамических пегматитов в породах хетоламбинской свиты (см. рис. З.а). Первое приурочено к поперечно-перекрестной складчатой структуре образованной антиклиналями - Важенской субширотного и Поповнаволокской северо-западного простирания. Для гнейсов участков Северный, Центральный, Повое Хетоламбино установлено KAVp 1.14-1.19, а пегматиты относятся к типу поперечно-секущих жил. Участки Жилы-183, Уракко и Гирвас-бор располагаются на периферии и относятся к продольно-секущему типу жил в зонах вторичного рассланцевания с KAVp - 1.15-1.17. Месторождение им. Чкалова приурочено к поперечно-перекрестной складчатой структуре образованной антиклиналями Малинововаракской, субширотного и Поповнаволокской северо-западного простирания и объединяет несколько участков: Попов наволок, им. Чкалова, Будаиха, Черная Салма, для пород которых KAVp составляет 1.09-1.14. Здесь прослеживаются тектонические зоны сложенные будинами амфиболитов, габбро-пироксенитами, габбро-перидотитами, в которых жилы располагаются как в самих массивах, так и межбудинных пространствах.

Детальные структурно-пегрофизические исследования условий локализации жил мусковитовых пегматитов были проведены на месторождении Тэдино (рис. 5). Здесь на участке

рождения Тэдино [Лобанов и др., 1982] Составлена с использованием данных В.В. Зарубина, М.Е.Салье, В.Л.Дука и др.

Рис. 5. Структурно-петрофизическая схема центральной части пегматитового участка Слюдоварака место-

1 - жилы мусковитовых пегматитов, 2 -мелко- и среднезернистые гранат-биотитовые гнейсы со слабой сланцеватостью, 3 - крупнозернистые расслан-цеванные кианит-гранат-биотнтовые гнейсы зон вторичного рассланцевания, 4 - плагиограниты, 5 - элементы залегания сланцеватости, 6 - места отбора ориентированных образцов, 7 -петрофизические диаграммы Ур. Б -сланцеватость. 8-9 - значения КАУр: 8 -в зонах вторичного рассланцевания, 9 -в гранат-биотитовых гнейсах.

Слюдоварака развиты две разновидности глиноземистых гнейсов 6 продуктивного горизонта, различных по минеральному составу, текстуре, структуре и степени рассланцевания [Зарубин, 1969, 1975, Лобанов и др, 1982 и др ] Гранат-биотитовые гнейсы характеризуются мелко- и среднезернистой структурой, неясно выраженной сланцеватостью и неяснополосчатой текстурой, а кианит-гранат-биотитовые гнейсы, более грубозернисты, имеют хорошо выраженную сланцеватость и четкую полосчатость На участке преобладают гранат-биотитовые гнейсы, среди которых располагаются кианит-гранат-биотитовые гнейсы развитые в западной и восточной частях, где слагают две зоны либо сравнительно узкие, изгибающиеся и разветвляющиеся мощностью 10-250 м и длиной до 2 км Эти зоны имеют северо-западное и субмеридиональное простирание и падают на северо-восток и восток под углами 30-50° [Зарубин, 1973, Лобанов и др , 1982]

Интенсивно рассланцеванные кианит-гранат-биотитовые гнейсы являются зонами динамотермального метаморфизма или вторичного рассланцевания, сформировавшиеся в условиях свекофеннской тектономагматической активизации [Зарубин, 1975, Салье и др , 1980 и др ] Изменение текстурно-структурных особенностей пород в процессе формирования этих зон отражает тектоническую переработку мелкозернистых гнейсов со слабо выраженной сланцеватостью Сланцеватость кианит-гранат-биотитовых гнейсов, образовавшихся в результате этой переработки, имеет тектоническое происхождение и в зависимости от ориентировки зон может или совпадать со сланцеватостью гранат-биотитовых гнейсов, или рассекать ее Петрофизические диаграммы Ур, построенные для этих пород, отражают закономерности залегания гнейсов Кианит-гранат-биотитовые гнейсы по сравнению с гранат-биотитовыми обладают одинаковой плотностью 2 74 г/см3 и большими значениями КАУр - 1 29 Наличие зон вторичного рассланцевания обусловило резкую гетерогенность по упругим свойствам вмещающей пегматиты среды, что проявилось в повышенной пластичности рассланцованных кианит-гранат-биотитовых гнейсов по сравнению с хрупкими гранат-биотитовыми гнейсами Гранат-биотитовым гнейсам, содержащим поперечно-секущие пегматитовые жилы северо-восточного простирания, присущи значения КАУр - 1 18-1 23, а вне же зон развития жил - 1 09-1 15 Подходя к зонам вторичного рассланцевания эти жилы всегда выклиниваются и нередко увеличиваются в мощности, но всегда ориентируются перпендикулярно к зонам В зонах вторичного рассланцевания выделены только продольно-секущие пегматитовые жилы северо-западного простирания с КАУр - 1 20-1 29, а на участках без жил - 1 14-1 16 [Лобанов и др , 1982]

Зависимость размещения и залегания пегматитовых жил от положения зон вторичного рассланцевания может быть объяснена тем, что в период локализации пегматитов, слагающие зоны кианит-гранат-биотитовые гнейсы были более пластичными, чем гранат-биотитовые

гнейсы Разница в физико-механических свойствах этих пород была достаточной, чтобы гнейсы этих зон не пересекались вмещающими пегматиты поперечно-секущими трещинами, развитыми в хрупких гранат-биотитовых гнейсах Совокупность структурно-петрофизических и петрологических данных позволяет сделать вывод о том, что зоны вторичного рассланцевания являлись не только рудоконтролирующими, но и рудоподводящими структурами [Зарубин, 1975, Лобанов и др , 1982]

Выводы

1 В результате исследований в Чупино-Лоухском районе модернизирована методика структурно-петрофизического анализа применительно к глубоко метаморфизованным и мигматизированным породам с петроструктурно-деформационным типом упругой анизотропии Дана петрофизическая характеристика разреза беломорского комплекса и литологического контроля мусковитовых пегматитов, а также локальных пегматитоносных складчатых структур

2 Определены петрофизические параметры для формализованного описания пород всех свит беломорского комплекса по опорному профилю через Чупино-Лоухский район - плотность и КАУр Породы продуктивной чупинской свиты отличаются от пород других свит беломорского комплекса высокой гетерогенностью по параметрам физико-механических свойств, а в разрезе самой свиты глиноземистым гнейсам продуктивных горизонтов присущи большие значения плотности и КАУр

3 Для глиноземистых гнейсов продуктивных горизонтов, слагающих складчатые структуры Чупино-Лоухского района на участках с мусковитовыми пегматитами характерны особые условия деформации и высокие значения КАУр Формирование этих складчатых структур происходило на раннепротерозойском (карельском) этапе тектономагматической активизации Балтийского щита, а локализация пегматитовых жил - в период свекофеннской активизации Пегматитовмещающие трещины сформировались в гнейсах на участках складчатых структур с высокими значениями анизотропии упругих свойств

4 Главную роль в размещении жил мусковитовых пегматитов на всех месторождениях Чупино-Лоухского района играют зоны вторичного рассланцевания сложенные кианит-гранат-биотитовыми гнейсами, сформировавшимися в период свекофеннской активизации, для которых присуща высокая анизотропия упругих свойств В этих зонах локализуются только продольно-секущие пегматитовые жилы, а в более жестких гранат-биотитовых гнейсах - поперечно-секущие Это свидетельствует о том, что зоны вторичного рассланцевания являлись не только рудоконтролирующими, но и рудоподводящими структурами

Третье защищаемое положение Корреляция и формализация разреза Кольской сверхглубокой скважины и опорного наземного 120-километрового профиля по петрофизическнм параметрам пород в Печеигском рудном районе является основой интегральной геодинамической модели глубинного строения этого района до глубины 15 км

Печенгский рудный район, где находится Кольская сверхглубокая скважина, является опорным в отношении стратиграфии, тектоники и металлогении докембрия северовосточной части Балтийского щита и изучался многими исследователями [Горбунов, 1968, Загородный, Радченко, 1988, Митрофанов и др, 1991 и др ] Огромное значение для изучения глубинного строения Печенгского района имеет СГ-3, проходка которой позволила охарактеризовать вертикальную зональность метаморфизма и сопряженных с ним деформаций в едином непрерывном разрезе раннедокембрийской континентальной земной коры, определить физико-химические параметры этого метаморфизма, выяснить тенденции изменения с глубиной физических свойств пород [Кольская сверхглубокая , 1984, 1988]

Корреляция геологических, геофизических и металлогенических данных по сопредельным территориям России, Норвегии и Финляндии установила, что Печенгский район представляет собой обособленный сегмент Печенга-Имандра-Варзугской зоны карелид [Казанский, Лобанов, 1996] (рис 6 а) На северо-востоке он ограничен Титовско-Амбарной (Воронье-Колмозерской), на юго-востоке - Лицко-Арагубской, на северо-западе - Инари-Киркенесской зонами разломов и на юго-западе - еще слабо изученной системой разломов северо-западного простирания (рис 6 6) В такой интерпретации архейский фундамент района включает фрагменты Норвежско-Кольского блока и блока Инари, а его протерозойские структурные элементы представлены Печенгской структурой и ее продолжением поясом Пасвик-Полмак, Лицко-Арагубской цепочкой гранитоидных массивов и массивом Вайноспаа, а также многочисленными разломами, разделяющими архейский фундамент на тектонические блоки более высокого порядка [Казанский и др, 1997, 2004] Некоторые из этих разломов, вероятно, унаследовали положение архейских структур

Главные тектонические элементы Печенгского рудного района находят четкое отражение в региональном гравитационном поле (рис 6 в) Печенгской структуре соответствует почти изометричная положительная аномалия, которая охватывает оба крыла этой структуры и краевую часть блока Инари В Печенгской структуре различают Северное и Южное крыло, которые в последнее время стали называть Северной и Южной зонами Симметрично по отношению к положительной аномалии располагаются две отрицательные аномалии, которые пространственно ассоциируются с гранитоидными массивами Лицким и Вайноспаа

В гравитационном поле четко фиксируются и реоморфические гранитоидные купола.

Докембрийскис породы района подразделяются на три главных серии: кольскую, тундровую и северопеченгскую. Архейская кольская серия представлена разнообразными гнейсами и гранитогнейсами с прослоями амфиболитов и кварцитов, которые смяты в

Рис 6 Схема регионального размещения (а) геологического строения (б), гравитационного поля (в) Печенгского рудного района [Казанский, Лобанов, 1996] Составлена с использованием данных Ю А Балашова, В Р Ветрина Г И Горбунова В С Ланева А В Савицкого, Г Юве и др

1 - позднепротерозойские осадочные отложения, 2-7 - ранний протерозой 2,3 - южнопеченгская серия (Пороярвинский блок - IX) 2 - метавулканогенные и мегаосадочные породы, 3 - метаандезиты 4-7 -северопеченгская серия 4 - метабазальты и метапикриты свиты пильгуярви (Пильгуярвинский - I), 5 -метаосадочная - продуктивная толща с никеленосными интрузиями (Продуктивный - II), 6 - метабазальты и мегаосадочные породы свиты колоейоки (Колосйокский - III), 7 - метаандезиты и метаосадочные породы свит куэтеярви ахмалахти (Луостаринский - IV) 8 - северопеченгская и южнопеченгская серии нерасчлененные, 9 -кристаллические сланцы тундровой серии (Тундровый - XI), 10-12 - архей 10 - гнейсы, мигматиты, граниты и амфиболиты Кольско-Норвежского блока (Западно-Няссюкский - V, Няссюкско-Титовский - VI Лиинахамарский - VII), 11 - гнейсы и кристаллические сланцы блока Инари (Аллареченский - XII) 12 -гранитизированные гнейсы Мурманского блока (VIII), 13-15 - раннепротерозойские гранитоиды 13 - поздние интрузивные (лицко-арагубский комплекс), В - Вайноспаа, Л - Лицкий, 14 - реоморфические (Толпвыдский X). 15 - ранние интрузивные, Н - Нейден, 16-21 - рудные месторождения (крупные значки) и рудопроявления (мелкие значки) 16 - Fe, 17 - ЭПГ, 18 - Cu-Ni, 19 - U, 20 - Pb-Zn, 21 - Au, 22 - зоны разломов (буквы в ромбах) Т-А - Титовско-Амбарная (Воронья-Колмозерская), Л-А - Лицко-Арагубская, И-К - Инари-Киркенесская П-И -Печенга-Имандра, Л - Лучломпольский П - Порьиташский) 23 - места отбора ориентированных образцов 24 -результаты изохронного датирования (млн лет) П-С - Северное крыло, П-Ю - Южное крыло Печенгской структуры, П-П - пояс Пасвик-Полмак Цифры в кружках - формализованные тектонические блоки I-I -расчетный профиль, проходящий через Кольскую сверхглубокую скважину II-II - опорный профиль на поверхности через Печенгский район, III-III - сейсмический профиль КОЛА ОГТ-92

линейные и куполовидные складки и рассечены крупными разломами Раннепротерозойская северопеченгская серия залегает на кольской серии с размывом и угловым несогласием Она имеет мощность около 8 км и состоит из четырех свит (снизу вверх) ахмалахти, куэтеярви, колоейоки и пильгуярви Каждая свита начинается с толщи осадочных пород и заканчивается вулканогенной толщей Наиболее мощная продуктивная осадочная толща насыщена габбро-верлитовыми интрузиями, с которыми ассоциируются сульфидные медно-никелевые месторождения Северопеченгская серия слагает одноименную структуру, состоящую из двух крыльев Ее Северное крыло напоминает в плане створку раковины, а слагающие его вулканогенные и осадочные породы в современном эрозионном срезе располагаются в виде нескольких дуг с общим центроклинальным падением Южное крыло вытянуто в северо-западном направлении и отделено от Северного крыла крупным Порьиташским разломом С другой стороны Южное крыло соприкасается с зоной реоморфических гранитных куполов и выходами пород тундровой серии, возраст которой оценивается как позднеархейский-раннепротерозойский [Казанский и др , 1985, 1998 и др ]

В последние годы появились надежные радиологические датировки возраста пород скважины СГ-3 и Печенгской структуры в целом [Архейский комплекс , 1991, Балашов и др , 1992, Ветрин и др, 2003, Скуфьин, 1993, Смолышн и др , 1996, Hanski, 1992, Баянова, 2004 и др ] С помощью Rb-Sr изохронного метода, а также U-Pb датировок по цирконам и отдельных Sm-Nd определений установлено, что основные вулканогенные породы Северного крыла формировались в интервале от 2 4 до 2 0 млрд лет Для вулканитов свиты ахмалахти (I-в) получены значения 2338+30 млн лет, куэтеярви (П-в) - 2250+80, колоейоки

(Ш-в) - 2130±52 и свиты пильгуярви (1У-в) - 1980±32 млн. лет. Никеленосные габбро-верлитовые интрузии имеют возраст 1990 млн. лет. Метавулканические и метаосадочные породы Южного крыла (южнопеченгская серия) имеют возраст - от 1990 до 1780 млн. лет, а примыкающие к ним реоморфические гранитоиды - 1940 млн. лет (см. рис. 6.6). В архейской части разреза скважины СГ-3 наиболее древние датировки (2865+50 млн. лет) зафиксированы на глубине 9.7-11 км, а для образцов с поверхности получены близкие значения возраста. Завершение прогрессивного метаморфизма пород северопеченгской серии датировано по изохронному ЯЬ-Эг методу в 1685+75 млн. лет [Смолькин и др., 1995]. Эти процессы оказали интенсивное воздействие и на породы архейской кольской серии.

Чтобы устранить резкую диспропорцию между детальными комплексными исследованиями разреза СГ-3 и фрагментарными наблюдениями на поверхности, начиная с 1980 года сотрудниками тематической ИГЕМ РАН проводился систематический сбор образцов пород для петрофизических исследований по опорному 120 км профилю от хребта Мустатунтури на северо-востоке до Аллареченского рудного поля на юго-западе. Они позволили осуществить формализацию и корреляцию разреза скважины и опорного профиля с использованием компьютерных технологий [Казанский и др.. 1985, 1993].

Для формализованного описания разреза СГ-3 и опорного профиля на поверхности были

выбраны плотность пород и коэффициент КАУр, которые были определены в 1600 образцах

керна и 2400 образцах с поверхности, а затем вычислены их средние значения для

формализованных элементов скважины и профиля [Лобанов и др.. 1996, 2004] (Рис. 7).

Рис. 7. Формализованный разрез Кольской сверхглубокой скважины [Казанский и др., 1993, 1994].

1-8 - северопеченгская серия: 1 - метабазальты и пикриты свиты пильгуярви (1У-в), 2 метаосадочные породы продуктивной толщи (IV-о), 3 - основные интрузии, 4 - никеленосные габбро-верлитовые интрузии, 5 - метабазальты свить] колосйоки (Ш-в), 6 - рассланцеванные I - -13 метабазальты и трахибазальты свиты куэтсярви )ттшш|1о (П-в), 7 - рассланцеванные метаандезиты и

I_______ андезито-базальты свиты ахмалахти (1-в), 8 -

I ]2 рассланцеванные метаосадочные породы свит колосйоки (Ш-о), куэтсярви (П-о), ахмалахти (I-о), 9-10 - кольская серия: 9 - гнейсы и мигматиты, 10 - амфиболиты, II- Лучломпольский разлом (Л), 12 - кристаллически-сланцеватые породы, 13-16 - текстуры пород: 13 - массивные и шаровые реликтовые, 14 - слоистосланце-ватые, 15 - кристаллически-сланцеватые, 16 -катакластические; 17-21 - фации метаморфизма: 17 - пренит-пумлеллиитовая, 18 - зеленослан-цевая, 19 - эпидот-амфиболитовая, 20 - амфибо-литовая, 21 - зеленосланцевая регрессивная, РЕ -формализованные элементы разреза.

1^11

ГГ7]„

еез«

Ш.7

сш»

СЕ« ИЖ1»

Северопеченгская серия в разрезе скважины разделена на четыре формализованных элемента первый отвечает метавулканитам (1У-в) свиты пильгуярви, второй - продуктивной толще (I У-о), третий - метавулканитам и метаосадочным породам свиты колосйоки с зоной Лучломпольского разлома в нижней части (Ш-в, Ш-о), и четвертый - метавулканитам (П-в, I-в) и метаосадочным (И-о, 1-о) породам свит куэтсярви и ахмалахти Разрез кольской серии рассматривается в качестве пятого (V) формализованного элемента [Казанский и др , 1994]

Для вулканогенной свиты пильгуярви (1У-в) сложенной метабазальтами и пикритами характерны наибольшие значения плотности пород (3 02 г/см3) и значения КАУр - 1 08 Резкую гетерогенность продуктивной толщи (1У-о) по литологическому составу пород с плотностью 2 90 г/см3, еще более усиливают многочисленные согласные зоны синметаморфического рассланцевания Эта свита выделяется большой мощностью и повышенными значениями КАУр - 1 18 Нижележащие свиты характеризуются преобладанием вулканогенных пород над осадочными Состав вулканогенных пород изменяется вниз по разрезу от базальтов с прослоями пикритов (свита колосйоки, Ш-в) через щелочные базальты и трахибазальты (куэтсярви, П-в) до андезито-базальтов и андезитов (ахмалахти, 1-в) Соответственно средняя плотность вулканогенных пород уменьшается сверху вниз от 3 01 до 2 85 г/см3, а КАУр возрастает от 1 10 до 1 23

По мере приближения к Лучломпольскому разлому интенсивность метаморфизма увеличивается от пренит-пумпеллиитовой до низов зеленосланцевой фации и на нижней границе разлома сменяется эпидот-амфиболитовой фацией Глубина 4340 м служит тем рубежом, ниже которого все вулканогенные и осадочные породы интенсивно рассланцованы и перекристаллизованы [Глаголев и др , 1987] Состав и парагенезисы минералов этих тектонитов соответствуют положению разлома в вертикальной метаморфической зональности [Казанский и др , 1985] Значение КАУр в зоне Лучломпольского разлома резко увеличивается и достигает 1 40 Главный отличительный признак пород в зоне разлома -резкая анизотропия, обусловленная рассланцеванием, перекристаллизацией деформированных пород, возникновением в них закономерной пространственной ориентировки Появление в этих породах высокой анизотропии, а не пестрота разреза и резкое возрастание степени метаморфизма объясняют с геологических позиций природу первой сейсмической границы [Литвиненко, 1975, Кольская сверхглубокая , 1984] Ниже него сланцеватые метабазальты и метаандезиты свит куэтсярви и ахмалахти также характеризуются высокими значениями КАУр от 1 22 до 1 23

Породы архейской кольской серии также обладают сланцеватыми текстурами как и породы нижних свит северопеченгской серии, но в отличие от нее все они в той или иной степени гранитизированы Гранитизация более интенсивно проявлена в гнейсах и слабее в

амфиболитах. Породы кольской серии в интервале 6.8-12.2 км характеризуются средней величиной плотности пород 2.76 г/см3 и КАУр -1.25.

Результаты исследования образцов по опорному профилю на поверхности хорошо согласуются с материалами по скважине СГ-3 (рис. 8). Как и в скважине метавулканиты свиты пильгуярви (1У-в) обладают максимальной плотностью 2,98 г/см3 и значениями КАУр - 1.16, а в продуктивной толще (1У-о) плотность пород меньше (2.84 г/см3), КАУр выше -1.19. Плотность метавулканитов последовательно снижается от 2.97 (Ш-в) до 2.82 г/см (П-в, 1-в). Породам зоны Лучломпольского разлома на поверхности присущи значения КАУр -1.21, а ниже его в метавулканитах свит куэтсярви и ахмалахти фиксируется КАУр - 1.15-1.16. Однако в целом значения КАУр на поверхности меньше, чем в разрезе скважины СГ-3. Значения плотности (2.73 г/см3) и КАУр (1.16) в породах архейской кольской серии меньше, чем в породах низов северопеченгской серии.

о а®|®|®

РЕ (XII)

КАУр 1.25-

1.15

®

л=

Плотность, г/см 2.90 2,70 Н

Рис. 8. Формализованный опорный профиль через Печенгский рудный район [Казанский и Др., 1994]. Условные обозначения см. рис. 6, 7.

В дополнение к разрезу скважины СГ-3 по материалам опорного профиля на поверхности охарактеризовано Южное крыло Печенгской структуры (см. рис. 6.6, и 8). Пороярвинский блок (IX), который вытянут вдоль Порьиташского разлома и сложен сланцеватыми метаандезитами, метабазальтами и метаосадочными породами, имеет плотность 2.81 г/см3 и высокие значения КАУр (1.24-1.26), что выделяет его как наиболее мощную (2-4 км) зону интенсивных деформаций Печенгской структуры [Казанский и др., 1993]. Тольпвыдский блок (X), сложенный реоморфическими гранитами, имеет плотность 2.76 г/см3 и КАУр -1.20, а Аллареченский (XII) (блок Инари) характеризуется близкими параметрами (2.77 г/см3

и KAVp - 1 16) Тундровый блок (XI), находящийся к северо-западу от опорного профиля, имеет плотность пород 2 92 г/см3 и KAVp - 1 16, что обусловлено широким распространением основных кристаллических сланцев и биотит-амфиболовых гнейсов

На поверхности собраны более полные данные об архейских породах тектонических блоков к северо-востоку от Печенгской структуры [Лобанов и др, 2002, 2003, Казанский и др , 2005] Мурманский блок (VIII) характеризуется значениями плотности пород 2 67 г/см3 и KAVp - 1 15 в связи с преобладанием гранитогнейсов (см рис 6 б и 8) В Лиинахамарском блоке (VII) плотность выше 2 70 г/см3, KAVp - 1 16, а в Няссюкско-Титовском (VI) она еще выше 2 73 г/см3 из-за даек основного-ультраосновного состава, a KAVp - 1 16 Породы Западно-Няссюкского блока (V) имеет меньшую плотность 2 68 г/см3 и KAVp - 1 15, что объясняется широким развитием гранитоидов На этом общем фоне крупные межблоковые разломы фиксируются максимальным значениям KAVp (1 22-1 26)

Метаморфическая зональность в разрезе скважины СГ-3 и на поверхности в Северном крыле Печенгской структуры и его архейском обрамлении в целом согласуется между собой (см рис 7 и 8) В разрезе СГ-3 интенсивность метаморфизма сверху вниз возрастает от пренит-пумпеллиитовой через зеленосланцевую до эпидот-амфиболитовой и, наконец, амфиболитовой фации На поверхности в направлении на северо-восток по опорному профилю наблюдается аналогичная смена фаций метаморфизма На Южном крыле Печенгской структуры интенсивность метаморфизма увеличивается в направлении на юго-запад от зеленосланцевой через эпидот-амфиболитовую до амфиболитовой фации Однако зоны наиболее интенсивных тектонических деформаций занимают одинаковое положение в метаморфической зональности и тяготеют к области перехода от зеленосланцевой к эпидот-амфиболитовой фации [Казанский и др, 1997, 2005, 2007]

Исследование Кольской сверхглубокой скважины стимулировали разработку альтернативных моделей глубинного строения Печенгского рудного района Эти модели трактуют Печенгскую структуру, в которой локализуются крупные сульфидные медно-никелевые месторождения, как грабен-синклиналь, асимметричный синклинорий, эксплозивный вулканический аппарат центрального типа и другие [Казанский и др, 1993, 1998] Ключевое значение для понимания тектоники, глубинного строения и металлогении Печенгского района имеет одноименная структура Уникальный материал о глубинном строении Печенгской структуры, точнее ее Северного крыла, был интерпретирован по разному, и фактически на основании разреза скважины СГ-3 и одной и той же карты Печенгской структуры многими исследователями были предложены принципиально разные геодинамические модели района [Кольская сверхглубокая , 1984, 1988 и др ]

Работы по оценке альтернативных моделей и разработке интегральной глубинной

геодинамической модели Печенгского района были проведены совместно тематической группой ИГЕМ РАН и лабораторией геоинформатики ВНИИгеосистем [Казанский и др, 1993, 1994] Учитывалось современное геологическое строение Печенгского рудного района, т е взаимное расположение геологических тел, которые отличаются по составу, деформациям, возрасту пород и по характеру контактов со смежными блоками Критерием состава пород служит средняя величина плотности пород формализованных тектонических блоков, а показателем интенсивности деформаций, синхронных прогрессивному метаморфизму северопеченгской серии - средняя величина КАУр Эти параметры были рассчитаны для формализованных тектонических блоков Печенгского рудного района с учетом всех разновидностей пород и особенностей внутреннего строения до глубины 15 км с применением компьютерных технологий (Таблица 2)

Таблица 2

Петрофизические параметры пород тектонических блоков Печенгского рудного района (средние значения до глубины 15 км)

Тектонические Кол-во Объем Плотность Ур Ув КАУр ИЕ

блоки разломы образцов блока, км1 г/см1 км/с км /с

Мурманский 105 1800 271 5 71 3 17 1 14 VIII

Титовско-Амбарный разлом 48 2 70 6 01 3 34 1 22

Лиинахамарский 306 12690 2 73 5 68 3 18 1 15 VII

Нясюккско-Титовский 103 10800 2 75 5 87 3 26 1 17 VI

Западно-Нясюккский 400 21750 2 72 5 65 3 01 1 16 V

Печенгский 2534 8660 2 93 6 29 3 50 1 17 (МУ)

Пильгуярвинский (1У-в) 432 2200 3 01 6 39 3 53 1 15 I

Продуктивный (1У-о) 1540 760 2 87 6 14 3 25 1 18 II

Колосйокский (Ш-в, Ш-о) 478 1750 2 91 6 21 3 49 1 16 III

Лучломпольский разлом 170 2 81 6 08 3 23 1 25

Луостаринский (П-1-в И-1-о) 632 3950 2 84 6 02 3 38 1 17 IV

ГТорьиташский разлом 152 2 76 6 03 3 26 1 26

Пороярвинский 245 1430 2 90 6 11 3 30 1 22 IX

Толпьвыдский 164 1070 2 72 5 75 3 28 1 17 X

Тундровый 74 760 2 92 6 05 3 29 1 16 XI

Аллареченский (Инари) 279 15900 2 74 5 82 3 16 1 15 XII

Обработка данных по плотности пород выполнена в ВНИИгеосистем При этом средние величины плотности пород по формализованным тектоническим блокам были нанесены на разрез, параллельный опорному профилю и проходящий через СГ-3 (см рис 6 б) В процессе обработки решалась обратная задача имитационного моделирования и подбора поля от объекта с заданными параметрами Расчетные гравиметрические кривые сопоставлялись с наблюдаемым гравиметрическим профилем по этому разрезу с помощью компьютерных

технологий. Работы ориентировались на решение следующих задач: 1) оценка альтернативных моделей глубинного строения района; 2) определение глубины распространения Печенгской структуры; 3) расшифровка ее внутреннего строения; 4) геодинамическая интерпретация глубинного строения Печенгского района. Были проанализированы 14 известных к настоящему времени альтернативных моделей глубинного строения района, разработанных как до бурения СГ-3, так и с учетом его данных. Из этих моделей здесь приведены модели грабен-синклинали [Ланев, Русанов, 1984]. коллизионной шовной зоны [Beerthelsen, Marker, 1986]. эксплозивного вулканического аппарата

центрального типа [Петров, 1988] и другие (рис.9).

а сг"3 «» 6

■"ЮЗ 1 св

°1 1 rM \ Ш 7 i в0~

.] Г^ДГ Д

40"

1 ........|"

0 10 ш

км III

■IE^В?

0 10 20 км

Рис. 9. Альтернативные модели глубинного строения Печенгской структуры в проекции на разрез через Кольскую сверхглубокую скважину (а) и сопоставление наблюдаемого и расчетного гравиметрических профилей (б) [Казанский и др., 1994].

I - модель грабен-синклинали [Ланев и Русанов, 1984], II - модель коллизионной шовной зоны [Bertheisen, Marker, 1986], 111 - модель эксплозивного аппарата центрального типа [Петров, 1988], 1- южнопеченгская серия: метавулканиты и метаандезиты; 2-3 - северопеченгская серия: 2 - метавулканогенные и метаосадочные породы, 3 - продуктивная толща; 4 - метавулканогенные и метаосадочные породы тундровой серии; 5 - гнейсы, мигматиты и амфиболиты кольской серии, 6 - реоморфические граниты, 7 - разломы. 1-Ш - расчетные гравиметрические профили для: 1 - грабен-синклинали, II - коллизионной шовной зоны, III - эксплозивного вулканического аппарата, IV - наблюдаемый гравимегрический профиль.

Приведенные данные о вариациях плотности пород в разрезе СГ-3 и по опорному профилю были использованы как для оценки альтернативных моделей, так и для разработки интегральной геологической модели путем сравнения фактического гравитационного профиля с расчетными [Казанский и др., 1993. 1994]. Как видно на рис. 9.6, ближе всего располагаются фактические и расчетные кривые в модели грабен-синклинали (I), а для остальных альтернативных моделей характерны резкие расхождения этих кривых.

Сведения об KAVp пород блоков, как показателе интенсивности тектонических дислокаций, оценивались путем сравнения фрагментов геологической карты и разрезов, т.е.

CZ35

визуально. Они лучше всего отвечают коллизионной модели. Две другие модели занимают промежуточное положение", в них отражено интенсивное рассланцевание пород в Южном крыле Печенгской структуры, но не учитывается наличие крупных согласных зон рассланцевания в низах северопеченгской серии на Северном крыле. Последние данные о возрасте докембрийских пород Печенгского района накладывают дополнительные ограничения на эти модели, так как признание разного возраста пород Северного и Южного крыла не согласуется с моделями грабен-синклинали и эксплозивного вулканического аппарата. Коллизионная модель в этом отношении лучше всего отвечает имеющимся возрастным датировкам протерозойских пород. Каждая из моделей содержит положительные элементы. Модель грабен-синклинали точнее всего отражает пространственное расположение блоков архейских и протерозойских пород. В эксплозивной модели Печенгская структура отнесена к структурам центрального типа, а коллизионная модель рассматривает эту структуру в динамике как результат совмещения двух разнородных серий пород, слагающих Северное и Южное крылья.

Ограничения интегральной геодинамической модели базируются, с одной стороны, на результатах изучения СГ-3, а с другой - на дополнительных материалах наземных исследований [Казанский и др., 1994 и др.]. Разрез разработанной с учетом этих ограничений модели представлен на рис. 10. Интегральная объемная геодинамическая модель глубинного

Рис. 10. Схематический разрез объемной интегральной геодинамической модели Печенгского рудного района через скважину СГ-3 и сопоставление наблюдаемого и расчетного гравиметрических профилей [Казанский и др., 1994]

Условные обозначения см рис. 6, 7. Цифры в квадратах средние значения для пород формализованных тектонических блоков (1-ХП): верхняя - возраст пород млрд. лет, средняя - плотность (г/см1), нижняя -значения КАУр.

строения Печенгского района была построена на основе геологической информации и петрофизических данных до глубины 15 км. Затем она была скорректирована путем согласования наблюдаемого и расчетного гравиметрических профилей в разрезе через СГ-3.

Одним из важных результатов анализа альтернативных и разработки интегральной модели является вывод о распространении пород Северного крыла или северопеченгской серии, а также Южного крыла на сравнительно небольшую глубину до 10-12 км от современной дневной поверхности Компьютерные расчеты плотностных моделей свидетельствуют также об отсутствии в осевой части Печенгской структуры подводящих каналов, заполненных дайками основных и ультраосновных пород значительной мощности Вариации КАУр пород в поперечном разрезе Печенгской структуры доказывают, что Южное крыло деформировано сильнее Северного, а наиболее интенсивные тектонические воздействия испытал Пороярвинский блок (IX) На Северном крыле синметаморфическое рассланцевание пород наиболее четко проявлено в низах северопеченгской серии и в продуктивной толще Судя по распределению плотностей пород, максимальная глубина залегания нижнего контакта продуктивной толщи не превышает 5-6 км, а ее южная граница распространения ограничена Порьиташским разломом [Казанский и др , 1997, 2005, 2007]

Интегральная геодинамическая модель трактует Печенгский рудный район как горизонтальное сечение мантийной рудообразующей системы центрального типа и отражает его строение до глубины 15 км [Казанский и др , 1994] Модель характеризует Северное крыло Печенгской структуры как фрагмент вулканической кальдеры, осложненной согласными зонами рассланцевания, а ее Южное крыло - как комбинацию чешуйчатой моноклинали с реоморфическими гранитными куполами Формирование рудообразующей системы началось с рифтогенеза древней континентальной земной коры и внедрения платиноносных расслоенных интрузий Модель учитывает генетическую связь между раннепротерозойским базальтоидным вулканизмом и никеленосными габбро-верлитовыми интрузивами Основные и более молодые средние вулканиты заполнили две вулканотектонические депрессии, сопряженные с мощной зоной разломов северо-западного простирания Позднее эти депрессии подверглись интенсивному сжатию и региональному метаморфизму, которые изменили также породы фундамента И наконец, еще позднее в обстановке растяжения возникли крутопадающие зоны катаклаза и регрессивных изменений

Выводы

1 Сопоставление петрофизических данных по разрезу СГ-3 до глубины 12 км и наземному 120 км опорному профилю позволило найти путь формализации геологической задачи по изучению глубинного строения Печенгского рудного района, который коррелируется с геофизическими методами исследований в области гравиметрии и сейсмики Выделение формализованных элементов по плотности пород и КАУр позволило осуществить перевод

геологической информации в форму, доступную для компьютерной обработки

2 Установлено, что изменения значений параметров плотности и KAVp для пород формализованных элементов по разрезу СГ-3 и опорному профилю в северо-восточном направлении происходят аналогично Это позволило рассчитать средние значения параметров упругих свойств для пород протерозойских и архейских формализованных тектонических блоков до глубины 15 км и с помощью компьютерных технологий провести анализ альтернативных моделей глубинного строения Печенгского района и разработать интегральную reo динамическую модель

3 Интегральная геодинамическая модель трактует Печенгский рудный район как горизонтальное сечение мантийной рудообразующей системы центрального типа и отражает его строение до глубины 15 км Модель характеризует Северное крыло Печенгской структуры как фрагмент вулканической кальдеры, осложненной согласными зонами рассланцевания, а ее Южное крыло - как комбинацию чешуйчатой моноклинали с реоморфическими гранитными куполами Модель учитывает генетическую связь между раннепротерозойским базальтоидным вулканизмом и никеленосными габбро-верлитовыми интрузивами

Четвертое защищаемое положение Продуктивная толща северолеченгской серии, в которой сосредоточены раннепротерозойские никеленосные габбро-верлитовые интрузии и крупные медно-никелевые месторождения Печенгского рудного поля, обладает четко выраженной гетерогенностью по физико-механическим свойствам пород Богатые сульфидные мсдно-никелевые руды связаны с синмстамарфичссимн зонами рассланцевания, возникшими на коллизионном этапе развития карелид и характеризующимися максимальными значениями анизотропии \ р для пород

Металлогению Печенгского рудного района определяют крупные сульфидные медно-никелевые месторождения [Медно-никелевые месторождения , 1985, Горбунов и др , 1999 и др ] Однако они отодвигают на второй план другие типы проявленного здесь оруденения Анализ геологических и металлогенических данных по этому району и сопредельным территориям России, Норвегии и Финляндии позволяет говорить о Печенгском рудном районе как об изолированном сегменте древней континентальной земной коры со своей историей геологического развития и закономерным сочетанием разновозрастного и разнотипного оруденения [Казанский, Лобанов, 1996, 2004 и др ]

Помимо сульфидных медно-никелевых месторождений Печенгского и Аллареченского рудных полей в его пределах располагаются архейские месторождения железистых кварцитов Судварангера в Норвегии, раннепротерозойские проявления платинометалльной минерализации в основных-ультраосновных интрузиях (Гора Генеральская, Карикьявр), разнотипные и разновозрастные месторождения и рудопроявления радиоактивных руд (Лицевское месторождение и др), проявления гидротермальной свинцово-цинковой минерализации предположительно палеозойского возраста и, проявления золото-серебряного оруденения на глубоких горизонтах СГ-3 (см рис 6 б)

Сульфидные медно-никелевые месторождения Печенгского рудного поля являются вторым после Норильского района источником никеля в России и входят в первую пятерку этих месторождений в мире [Горбунов и др , 1999 и др ] Все исследователи признают, что медно-никелевые месторождения Печенги связаны с мантийным источником и процессами, пространственно и генетически ассоциируются с габбро-верлитовыми интрузиями, внедрившимися на заключительном этапе формирования раннепротерозойского осадочно-вулканогенного комплекса, имеют первично магматическое происхождение и испытали воздействие метаморфических и гидротермальных процессов на свекофеннском этапе тектономагматической активизации Балтийского щита [Горбунов, 1968, Смолькин, 1992 и др ] Согласно интегральной геодинамической модели Печенского района металлогению главного карельского цикла определяют месторождения и рудопроявления n1, Си, ЭПГ и и, чередование обстановок сжатия и растяжения и параллельное развитие базальтоидного и гранитоидного магматизма История развития Печенгского района в течение карельского цикла подразделена на четыре этапа предрифтогенный, рифтогенный, коллизионный и постколлизионный [Казанский и др , 1997, 2005, Казанский, Лобанов, 2004]

Печенгское рудное поле занимает вполне определенное положение в разрезе северопеченгской серии и подчиняется общему тектоническому плану Печенгской структуры Оно имеет форму вытянутой дуги, обращенной выпуклой стороной на северо-восток, и ограничено выходами продуктивной толщи, которая наклонена в южных румбах (см рис 6 б) В продуктивной толще залегает около трехсот габбро-верлитовых массивов, с которыми и ассоциируется сульфидное медно-никелевое оруденение Месторождения Печенгского рудного поля объединяются в два рудных узла - Западный (Каула, Промежуточное, Котсельваара, Камикиви и Семилетка) и Восточный (Спутник, Верхнее, Тундровое, Пильгуярвинское, Заполярное и Онки) Месторождения Восточного узла располагаются двумя субпараллельными ярусами, вытянутыми в восток-юго-восточном направлении на расстояние около 9 км в пределах продуктивной толщи (рис 11) Здесь сосредоточены самые крупные месторождения, связанные с Пильгуярвинским габбро-

11. Петрофизическая схема Восточного рудного узла Печенгского рудного поля [Казанский, Лобанов, 2005]. Составлена с использованием данных Г.И. Горбунова [1999] и ГМК «Печенганикель».

1 - эпигенетические брекчиевидные, сплошные и богатые вкрапленные сульфидные медно-никелевые руды; 2 - вкрапленные руды в серпентинизированных перидотитах, 3 - перидотиты; 4 - пироксениты, 5 - габбро; 6 - габбро-диабазы; 7 - породы продуктивной туфогенно-осадочной толщи; 8 - вулканогенные породы свиты пильгуярви, 9 - вулканогенные породы свиты колосйоки; 10-11 - разрывные тектонические нарушения: 10 - диагональные разломы, 11 - межпластовые тектонические зоны (I-IV); 12 - места отбора ориентированных образцов и участки детальных структурно-петрофизических исследований; 13-14 -средние значения KAVp для пород: 13 - тектонических блоков, 14 - межпластовых тектонических зон, 15 -месторождения медно-никелевых руд; 16 - рудные тела сульфидных медно-никелевых руд. СГ-3 - Кольская сверхглубокая скважина, 3-3 -линии разрезов.

верлитовым массивом. В Печенгском рудном поле выделяются три группы интрузивных пород, последовательно внедрявшихся в продуктивную толщу: безрудные габбро-диабазы, основные-ультраосновные породы и рудоносные дифференцированные габбро-верлитовые интрузивы, залегающие согласно с туфогенно-осадочными породами.

Восточный рудный узел представляет собой крупную рудную залежь, нарушенную крутопадающим согласным сдвиго-падвигом, по которому рудоносный массив был разбит на два блока: северо-восточный, представляющий собой наиболее опущенную центральную часть Пильгуярвинского массива, и юго-западный, надвинутый по Верхней тектонической зоне (II) на первый блок [Горбунов и др., 1999; Смолькин, 1993 и др.]. Исследование глубоких горизонтов этого массива выявило неоднократное сдваивание разреза интрузива, тектоническое выклинивание метаосадочных пород между его частями, наличие мощных межпластовых тектонических зон синметаморфического рассланцевания между отдельными его блоками (МУ).

Изучение разреза Кольской сверхглубокой скважины и месторождений медно-никелевых руд Восточного рудного узла позволило установить, что сульфидное медно-никелевое оруденение прослеживается на глубину более 2.5 км (рис. 12).

поля. Продуктивная толща, к которой приурочены все рудоносные габбро-верлитовые интрузивы, выделяется в разрезе северопеченгской серии не только пестротой литологического состава, но и резкой гетерогенностью разреза по физико-механическим свойствам пород [Лобанов и др., 1989, 2004, 2005 и др.] (таблица 3). Именно эти свойства

юз дсг-з св Рис. 12. Пегрофизический

медно-никелевых месторождений Печенгского рудного

Таблица 3

Петрофизические параметры пород продуктивной толщи, рудоносных габбро-верлитовых интрузивов и сульфидных медно-никелевых руд Восточного рудного узла

Породы Кол-во Плотность Пористость Vp Vs КАУр

образцов г/см1 % км/с км/с

Мегабазальты (1У-в) 245 3 01 0 38 6 60 3 76 1 14

свиты пильгуярв

Песчаники масс и н/с 498 2 83 0 62 6 10 3 25 1 15

Песчаники, филлиты сланц 670 2 78 0 84 5 97 3 13 1 17

Габбро-диабазы 242 2 95 0 46 6 24 3 30 1 12

Габбро 469 2 97 0 80 6 25 3 27 1 15

Пироксениты 224 3 05 0 63 6 29 3 26 1 17

Перидотиты 805 3 01 0 80 6 И 3 18 1 18

Бедные вкрапленные 1366 3 06 0 89 6 05 3 06 1 20

руды в серп перидотитах

Прожилково-вкрапленные 356 321 091 5 89 3 04 1 22

руды в перидотитах

Брекчиевидные руды 126 3 38 1 32 5 28 2 76 1 32

Сплошные руды 84 4 34 1 11 4 83 2 39 1 15

Прожилково-вкрапленные 275 3 06 0 79 5 70 3 03 1 22

руды в филлитах

Породы межпластовых 235 3 01 1 15 5 87 3 09 1 33

тектонических зон

Метавулканиты (Ш-в) 286 3 01 0 74 6 39 3 53 1 15

свиты колосйоки

туфогенно-осадочных пород обусловили как локализацию никеленосных габбро-верлитовых интрузивов, так и возникновение межпластовых тектонических зон синметаморфического рассланцевания с локализацией в них богатых эпигенетических брекчиевидных сульфидных медно-никелевых руд (рис 13)

Для туфогенно-осадочных пород продуктивной толщи характерны средние значения -плотность от 2 78-2 83 г/см3 и КАУр - 1 15-1 17 По разрезу дифференцированных габбро-верлитовых интрузивов от габбро к пироксенитам, перидотитам и оруденелым перидотитам происходит изменение значений плотности 2 97 - 3 05 - 3 01 - 3 06 г/см3 и КАУр 1 15-1 17 - 118-1 20 -1 22 Для пород межпластовых тектонических зон синметаморфического рассланцевания характерны высокие значения КАУр до 1 33 Средние значения для пород толщи по плотности - 2 84 г/см3 и КАУр -1 19, тогда как вулканогенные породы свит пильгуярви и колосйоки перекрывающих и подстилающих ее характеризуются большей плотностью и меньшей анизотропией КАУр -1 14-1 15 Внутреннее строение никеленосных габбро-верлитовых интрузивов Печенгского рудного поля

кими зонами синметаморфического рассланцевания Восточного рудного узла по разрезу СГ-3 (а) и профилю 4-4 на поверхности на участке Центрального рудного тела Пильгуяр-винского месторождения (б) [Лобанов и др., 1989]. (Условные обозначения см. рис, 7 и 11),

получает более обоснованное объяснение, если исходить из внедрения никеленосных магматических расплавов в горизонтально залегающие туфогенно-осадочные породы продуктивной толщи согласно интегральной геодпнамической модели глубинного строения Печенгского района [Казанский и др., 1983. 1998, 2004]. Это объясняет параллельность границ магматических дифференциатов никеленосных интрузивов, бедных и богатых вкрапленных руд наклонным контактам интрузивов с вмещающими породами, тектонический характер этих контактов и т.д.

По текстурным особенностям и составу сульфидные медно-никелсвые руды Печенгского рудного поля разделяются на пять главных типов, для которых характерны следующие значения плотности и КАУр: 1) бедные вкрапленные в серпентинизированных перидотитах -3.06 г/см3, КАУр - 1.20; 2) богатые прожилково-вкраплепные в серпентинитах («серые» руды) 3.21 и 1.22; 3) брекчиевидные - 3.38 и 1.32; 4) сплошные сульфидные - 4.34 и 1.15; 5) прожилково-вкрапленные в филлитах - 3.06 и 1.22 |Лобанов и др., 1989, 2003]. Минеральный состав всех типов руд в отношении главных рудных минералов (пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит, пирит) одинаков, изменяются лишь количественные соотношения минералов [Горбунов и др., 1999].

В процессе протерозойских чешуйчато-блоковых деформаций резкая гетерогенность пород продуктивной толщи по упругим свойствам способствовала широкому развитию в ней межпластовых тектонических зон синметаморфического рассланцевания и будинированию габбро-верлитовых массивов. В перекрывающих вулканитах свиты пильгуярви, а также в мощных вулканических толщах подстилающей свиты колосйоки, плотность, пористость.

упругие характеристики пород колеблются в гораздо меньших пределах, а залегающие еще ниже по разрезу осадочные свиты обладают небольшой мощностью и более однородным литологическим составом, что отражается и на их физико-механических свойствах (см таблицы 2 и 3)

На первично-магматические особенности строения никеленосных интрузивов наложили существенный отпечаток тектонические нарушения, возникшие на коллизионном этапе развития Печенгского района Главную роль в формировании чешуйчато-блоковых структур Восточного рудного узла сыграли межпластовые тектонические зоны синметаморфического рассланцевания, которые привели к многоярусности в расположении рудных тел (см рис 11-13) О степени деформированности пород в каждом блоке и в этих тектонических зонах свидетельствуют вариации значений KAVp Установлены критерии выделения этих зон, в которых независимо от состава исходных пород отмечается резкое возрастание значений KAVp до 1 35 Такие же величины KAVp характерны для брекчиевидных руд

В Восточном рудном узле выделены четыре межпластовых тектонических зоны синметаморфического рассланцевания [Горбунов и др , 1999, Лобанов и др, 1989 и др ] Главная (I) зона проходит вдоль нижнего контакта Пильгуярвинского интрузива и контролирует размещение богатых брекчиевидных и сплошных сульфидных руд в Центральном, Западном и Восточном рудных телах, со значениями KAVp 1 27-1 37 На западном фланге месторождения она продолжается вплоть до месторождения Спутник (см рис 11-13) В восточном направлении от нее отходит прямолинейная зона, контролирующая размещение сплошных сульфидных руд месторождения Заполярное (KAVp - 1 34) Морфологически Главная зона выражена брекчированием и рассланцеванием оруденелых серпентинизированных перидотитов, местами оруденелой тектонической брекчией и сплошными сульфидными рудами Верхняя (II) межпластовая тектоническая зона простирается параллельно Главной в 200-500 м выше по разрезу, падает на юго-запад под углом 70-80° и разбивает массив на два крупных блока Главный, в низах которого расположены Западное, Центральное и Восточное рудные тела, и Верхний, где с ней непосредственно связаны богатые руды (KAVp - 1 28-1 32) В пределах Юго-Восточного и Южного рудных тел эта зона выражена оруденелой тектонической брекчией, реже богатыми брекчиевидными и сплошными сульфидными рудами Третья (III) тектоническая зона проходит параллельно двум первым в 300-400 м выше по разрезу над Юго-Восточным и Южным рудными телами и контролирует локализацию Быстринского месторождения (KAVp - 1 25-1 31) Четвертая (IV) межпластовая тектоническая зона пересечена в самых верхах продуктивной толщи, в 300-400 м от перекрывающих вулканитов (KAVp - 1 25-1 31), но в ней отмечаются только маломощные линзовидные и пластовые тела ультраосновных пород

Значения петрофизических параметров пород в межпластовые тектонические зонах синметаморфического рассланцевания характеризуются наиболее высокой плотностью, пористостью и KAVp. Высокая плотность объясняется наличием сплошных и брекчиевидных руд, а пористость - тем, что породы интенсивно рассланцованы и раздроблены. При метаморфизме и последующих гидротермально-метасоматических изменениях в этих зонах происходило формирование низкотемпературной ассоциации минералов (карбонат, хлорит, альбит, актинолит. сульфиды), которые снижали упругие параметры пород. Высокие значения KAVp (1.29-1.32) подтверждают, что породы в этих зонах формировались при интенсивных тектонических движениях в эпоху свекофеннской тектономагматической активизации Балтийского щита.

Сульфидные медно-никелевые руды в разрезе СГ-3 приурочены к контакту метаперидотитов с филлитами, осложненному третьей (III) межпластовой тектонической зоной синметаморфического рассланцевания (рис. 14.а, см. рис. 12). По ассоциации

;уЗ.Ь ЕЭ» ES» ь ЕЗЗ? U-1.

Рис. 14. Корреляция плотности и КАУр пород в рудоносных межпластовых тектонических зонах синметаморфического рассланцевания Восточного рудного узла по разрезу СГ-3 (а) и профилю на поверхности через Центральное рудное тело (б). 1-4 - сульфидные медно-никелевые руды: 1 - брекчиевидные и сплошные, 2 - прожилково-вкрапленные руды в метаперидотнтах, 3 - богатые вкрапленные руды, 4 - бедные вкрапленные руды, 5 - метаперидотиты, 6 -оруденелые филлиты, алевролиты, песчаники, 7 - филлиты, алевролиты, песчаники, 8 - тектонические нарушения.

минералов эти породы отвечаю! эпидот-хлоритовой субфации зеленосланцевой фации, что соответствует их положению в общей вертикальной зональности прогрессивного метаморфизма пород северопсченгской серии. Сверху вниз первично-магматические рассеянные и густовкрапленные руды сменяются эпигенетическими брекчиевидными рудами в рассланцованных породах и прожилково-вкрапленным оруденением в филлитах с возрастанием плотности пород и руд от 2,90 дня вкрапленных руд до 3.40 г/см3 для брекчиевидных и массивных руд. Максимальная величина КАУр 1.30 присуща для

брекчиевидных руд в межпластовой тектонической зоне [Казанский, Лобанов, 2004 и др ]

На участке Центрального рудного тела Главная тектоническая зона (I) синметаморфического рассланцевания и брекчирования имеет мощность около 10 м, проходит как по перидотитам, так и по подстилающим их туфогенно-осадочным породам (рис 14 6, см рис И) Для серпентинизированных перидотитов с вкрапленным оруденением характерны плотность 3 00-3 10 г/см3 и КАУр - 1 14-1 18, тогда как в серпентинизированных, рассланцованных и раздробленных перидотитах с прожилково-вкрапленным оруденением значения выше (3 15-3 30 г/см3 и КАУр 1 22-1 30), а для рассланцеванных, оталькованных перидотитов, бластокатаклазитов, бластомилонитов, брекчиевидных сульфидных медно-никелевых руд плотность в самой тектонической зоне - 3 40 г/см3, КАУр - 1 36 При удалении от межпластовой тектонической зоны, в подстилающие слабо рассланцеванные филлиты КАУр резко падает до 1 17-1 20 [Лобанов и др , 1989, 2003, 2006]

Богатые брекчиевидные руды, судя по их высокой анизотропии, являются составной частью межпластовых тектонических зон синметаморфического рассланцевания - КАУр 1 25-1 35 Однако происхождение их продолжает оставаться предметом дискуссий Наиболее важным аргументом в пользу эпигенетического (постмагматического) происхождения этих руд является их связь с зонами дислокационного метаморфизма - синметаморфического рассланцевания, занимающими определенное положение в общей вертикальной метаморфической зональности протерозоя Об этом свидетельствуют тесные срастания сульфидных минералов с силикатами в рассланцованных метаультрабазитах и метаосадочных породах, в то время как сульфидные минералы первично-магматических вкрапленных руд интенсивно замещаются гидросиликатами, и контрастное обогащение сульфидов тяжелым изотопом серы по мере перехода от вкрапленных руд в перидотитах к брекчиевидным рудам на контакте рассланцованных перидотитов и филлитов [Казанский и др , 1983, Глаголев и др, 1987, Лобанов и др, 1989 и др ] Соотношения сульфидов с силикатными минералами и часто встречающимся в брекчиевидных рудах кварцем свидетельствуют о значительной роли явлений замещения при образовании сульфидов, количество которых варьирует от 10-15 до 70-80% [Горбунов и др, 1968, 1999]

Геологические и структурно-петрофизические данные свидетельствуют о первоначально субгоризонтальном залегании рудоносных габбро-верлитовых интрузий, возраст которых около 1990 млн лет [Смолькин,1992, Напеки 1992 и др] На это указывают тектонический характер контактов большинства никеленосных интрузивов как со стороны лежачего и висячего бока, так и по простиранию, наклонное залегание первичной расслоенности интрузивов, границ вкрапленных сульфидных медно-никелевых руд и слоистости окружающих осадочных пород, отсутствие прямой корреляции между мощностью

интрузивов и мощностью сульфидных медно-никелевых руд, более интенсивное развитие в продуктивной толще согласных тектонических зон синметаморфического рассланцевания по сравнению с нижележащими и вышележащими вулканогенными толщами

При современной геологической изученности Восточного рудного узла нельзя дать точного ответа на вопрос о том, насколько чешуйчато-надвиговые дислокации северопеченгской серии изменили первоначальные размеры и форму никеленосных габбро-верлитовых интрузивов и на каком расстоянии от поверхности последние подверглись прогрессивному метаморфизму зеленосланцевой фации Возраст метаморфизма определен по изохронному методу в 1685+75 млн лет [Смолькин и др , 1995] Необходимо

отметить, что перемещения блоков в пределах Восточного рудного узла происходили с юго-запада на северо-восток Структурно-петрофизические данные показали, что на первично-магматические особенности локализации сульфидного оруденения существенный отпечаток наложили послерудные тектонические движения по межпластовым тектоническим зонам синметаморфического рассланцевания, которые, возникли в условиях свекофеннской тектономагматической активизации Балтийского щита и обусловили чешуйчато-блоковое строение Восточного рудного узла, а также многоярусность в расположении дислоцированных рудных тел

Выводы

1 Образованию в Печенгском рудном районе крупных раннепротерозойских магматических месторождений сульфидных медно-никелевых руд благоприятствовало формирование карельского осадочно-вулканогенного комплекса на древней континентальной земной коре и его длительная тектоническая и металлогеническая эволюция

2 Согласно интегральной глубинной геодинамической модели глубинного строения Печенгского рудного района, никеленосные габбро-верлитовые интрузии Печенгского рудного поля первоначально представляли собой силы и залегали субгоризонтально Их локализация происходила в сравнительно узком вертикальном диапазоне вулканогенно-осадочных пород продуктивной толщи и была обусловлена гетерогенностью не только ее литологического разреза, но и высокой анизотропией по физико-механическим свойствам

3 Изучение Кольской сверхглубокой скважины и месторождений Восточного рудного узла показало выдержанность сульфидного медно-никелевого оруденения по падению на 2 5 км Об этом свидетельствуют тектонический характер контактов никеленосных интрузивов как со стороны лежачего и висячего бока, так и по простиранию, наклонное залегание первичной расслоенности интрузивов, границ вкрапленных сульфидных медно-никелевых

руд и вмещающих осадочных пород, отсутствие прямой корреляции между мощностью интрузивов и мощностью сульфидных медно-никелевых руд, более интенсивное развитие в продуктивной толще согласных тектонических зон синметаморфического рассланцевания по сравнению с нижележащими и вышележащими вулканогенными толщами, а также возрастание в этих зонах КАУр до 1 30-1 40

4 Важную роль в структуре Печенгского рудного поля занимают межпластовые тектонические зоны синметаморфического рассланцевания, которые обусловили формирование чешуйчато-блоковых структур Восточного рудного узла и привели к многоярусности в расположении рудных тел Особые условия тектонических деформаций и метаморфизма на этапе свекофеннской активизации не уничтожили первичные магматические руды, а, наоборот, способствовали их преобразованию и формированию богатых эпигенетических сульфидных медно-никелевых руд в межпластовых зонах смнметаморфического рассланцевания с высокой величиной КАУр

Пятое защищаемое положение Петрофизическне данные по опорным образцам керна из архейской части разреза СГ-3 и их аналогам на поверхности свидетельствуют о том, что на глубинах 8-12 км выявлены блоки пород аналогичного минерального состава со сходными параметрами плотностей, скоростей Ур и V« Аномально высокие значения пористости и объемной анизотропии Ур в этих породах обусловлены технологическими факторами

Бурение Кольской сверхглубокой скважины было ориентировано на получение максимально полной информации о вещественном составе и физическом состоянии пород на больших глубинах и выяснение геологической природы сейсмических границ в древней континентальной земной коре [Кольская сверхглубокая , 1984, 1998 и др ] В интервале 6 812 2 км скважина пересекла архейские породы кольской серии В разрезе СГ-3 она сложена главным образом биотит-плагиоклазовыми и биотит-амфибол-плагиоклазовыми гнейсами, мигматитами и содержит тела амфиболитов и метаультрабазитов Отдельные пачки содержат высокоглиноземистые минералы андалузит, гранат, ставролит Минеральные ассоциации и составы сосуществующих минералов пород кольской серии соответствуют температурным границам амфиболитовой фации

Широкий резонанс вызвали сообщения об аномально высокой пористости и низких скоростях акустических волн в архейских породах на глубинах ниже 7 км Они были

зафиксированы с помощью акустического каротажа скважины и замеров в образцах керна Природа этих аномалий до настоящего времени остается предметом дискуссий [Кольская сверхглубокая , 1984,1998 и др ] При анализе этих данных необходимо отметить, что глубже 7 2 км бурение скважины осуществлялось с применением шарошечных долот и отбором керна способом магазинирования, который обеспечивал более высокий выход керна, но одновременно нарушал естественную последовательность образцов керна Кроме того, по мере увеличения глубины скважины все более заметным становилось дискование керна, вызванное техногенным воздействием бурового снаряда Диски керна имели толщину от 3 до 1 см, и были мало пригодны для лабораторных определений физических свойств

Однако на больших глубинах отдельные небольшие интервалы были пройдены с помощью алмазного бурения Из этих интервалов были извлечены уникальные образцы керна архейских пород монолитными цилиндрами диаметром 6 см и длиной 30-40 см с четкой ориентировкой верх-низ В 1989 году часть этих образцов была передана главным геологом Кольской экспедиции сверхглубокого бурения НПО «Недра» В С Ланевым в тематическую группу ИГЕМ В их числе 4 образца биотитовых плагиоклазовых гнейсов, 4 - амфиболитов и 3 - мигматитов [Лобанов и др , 1999]

В архейской кольской серии вплоть до забоя скважины зафиксированы зоны катаклаза и регрессивного метаморфизма зеленосланцевой фации Поэтому первым критерием отбора опорных образцов для петрофизических исследований является отсутствие или минимальное проявление в них регрессивных изменений [Лобанов и др , 1999, 2002 и др ] Второй критерий связан с необходимостью исключить влияние интенсивного дискования керна на больших глубинах при использовании стандартных шарошечных бурильных коронок Третьим критерием явилась размерность минеральных зерен пород Биотит-амфиболовые гнейсы гнейсы с высокоглиноземистыми минералами и метаультрабазиты обладают крупнозернистыми сланцеватыми и очковыми текстурами Поэтому предпочтение было отдано более однородным мелкозернистым биотит-плагиоклазовым и двуслюдяным гнейсам, мигматитам и амфиболитам, пользующимся наибольшим распространением в разрезе скважины СГ-3

Из разреза Кольской сверхглубокой скважины для последующих исследований были отобраны 3 образца биотит-мусковит-плагиоклазовых гнейсов К-8658, К-8802, К-9002, 3 образца амфиболитов К-8933, К-11262, К-11345 (рис 15) Число после буквы «К» соответствуют глубинам отбора образцов керна

При сопоставлении разреза СГ-3 и опорного профиля установлено, что метаморфическая зональность пород в разрезе согласуется с таковой на поверхности в Печенгской структуре и в ее северно-восточном архейском обрамлении При выборе возможных участков для отбора

Рис. 15. Вариации плотности, пористости и КАУр архейских пород кольской серии в интервале 6835-10000 м разреза СГ-3 [Лобанов и др.. 1999].

1 - биотит-плагиокзовые гнейсы с высокоглиноземистыми минералами, 2 - биотитовьге и амфибол-биотитовые гнейсы, 3 - амфиболиты, 4 метаультрабазиты, 5-6 - текстуры пород: 5 -кристаллически-сланцеватые, 6 - катакластические; 7-8 - фации метаморфизма: 7 -амфиболитовая, 8 -зеленосланцевая регрессивная, 9 - ось скважины, 10 - места отбора опорных образцов керна и их номера (К-8658, К-8802, К-9002 - гнейсы, К-8933, К-11262, К-11345 - амфиболиты). Цветным пунктиром даны средние значения плотности, пористости и КАУр для пород кольской серии в интервале 6.8-12,2 км

образцов-аналогов была использована совокупность геолого-структурных и петрографических критериев [Лобанов и др., 2002, Иванкина и др., 2004].

Соответственно на поверхности был выбран участок Мустатунтури,

находящийся в 45 км к северо-востоку от □ 1 ЕЭ! Ш* Ш* -Ч» ЬИ» Са. ' И' : ]» •'«

скважины СГ-3. Он сложен породами кольской серии метаморфизованными на уровне амфиболитовой фации и в минимальной степени затронутыми катаклазом и регрессивными изменениями (рис. 16, см. рис. 6.6). Кольская серия здесь представлена биотит-плагиоклазовыми гнейсами и развитыми по ним мигматитами, среди которых выделяются горизонты биотит-амфибол-плагиоклазовых гнейсов и амфиболитов, слагающих куполовидные складки, во внутренних частях которых развиты поля мигматитов и интрузии

Рис. 16. Схематическая геологическая карта участка Мустатунтури [Лобанов и др., 2002].

1-2 - польская серия: 1 - биотит-плагиоклазовые гнейсы, 2 - амфиболиты, амфибол-биотит-плагиоклазовые гнейсы; 3 - плагиограниты; 4 -гранитогнейсы, граниты, эндербиты; 5 бластомилониты и бластокатаклазиты; 6 - разломы; 7 - элементы залегания пород; 8 - места отбора ориентированных образцов; 9 - места отбора и номера ориентированных образцов-аналогов (ПЛ-358, ПЛ-363, ПЛ-364 - гнейсы, ПЛ-356, ПЛ-357, ПЛ-365 - амфиболиты). VII - Лиинахамарский (Норвежско-Кольский) блок, VIII - Мурманский блок, Т-А - зона Титовско-Амбарного разлома.

плагиогранитов. Первоначально на участке Мустатунтури было отобрано 120 образцов

архейских гнейсов, амфиболитов и мигматитов для петрографических и петрофизических

исследований, а затем из них выбраны только 11 образцов, наиболее близких по минеральному составу и текстурным признакам к упомянутым образцам керна из скважины СГ-3. В их числе образцы биотит-плагиоклазовых гнейсов (ПЛ-358, ПЛ-363, ПЛ-364), амфиболитов (ПЛ-356, ПЛ-357, ПЛ-365) и мигматитов [Лобанов и др.. 1999. 2002, 2004].

Изученные группы пород являются наиболее представительными для архейской части разреза СГ-3, а минеральные ассоциации и составы сосуществующих минералов соответствуют температурным границам амфиболитовой фации. Петрографическое и минералогическое изучение опорных образцов гнейсов и амфиболитов из разреза скважины и их аналогов с поверхности показало, что они хорошо согласуются с данными о минеральных ассоциациях и составах метаморфических минералов в интервалах разреза скважины между глубинами отбора упомянутых образцов керна (см. рис. 15). Все изученные образцы обладают тонкосланцеватыми текстурами, лепидогранобластовыми структурами и обнаруживают признаки равновесных отношений слагающих их метаморфических минералов. Для амфиболитов характерна ассоциация высокоглиноземистой роговой обманки с плагиоклазом типа олигоклаз-андезина и андезина, для гнейсов - ассоциация биотита с более кислым плагиоклазом.

Микроструктурный анализ гнейсов и амфиболитов из скважины СГ-3 показал, что в вертикальном разрезе, параллельном оси керна и перпендикулярном сланцеватости, оптические оси кварца образуют пояс на периферии большого круга проекции (рис. 17).

Рис. 17. Микроструктурные диаграммы ориентировки минералов и

петрофизические диаграммы Ур для образцов гнейсов и амфиболитов из разреза скважины СГ-3 и образцов-аналогов с поверхности [Лобанов и др., 2002].

Все диаграммы даны в проекции на вертикальную плоскость перпендикулярно сланцеватости. Б - сланцеватость, КАУр -коэффициент объемной анизотропии Ур.

Листочки биотита лежат преимущественно в плоскости сланцеватости, а призматические зерна роговой обманки

вытянуты в горизонтальном направлении, то есть параллельно оси К-тектонита по кварцу. В образцах архейских пород с поверхности зафиксированы те же текстуры и аналогичная ориентировка зерен кварца, биотита и роговой обманки.

На основании минеральных ассоциаций, составов сосуществующих равновесных

минералов и с учетом экспериментальных данных метаморфизм пород и сопряженные деформации пород кольской серии в разрезе СГ-3 происходили в интервале температур от 550 до 650°С при умеренных давлениях, не превышавших 0 3-0 4 ГПа [Глаголев и др , 1987] В этих же границах находятся температуры метаморфизма амфиболитов из скважины и их образцов-аналогов с поверхности, вычисленные по плагиоклаз-роговообманковому геотермометру [Лобанов и др, 1999, 2002 и др ]

В ходе петрофизических исследований пород архейской части разреза СГ-3 были определены средние значения плотности, пористости и KAVp, которые имеют следующие значения, соответственно 2 76 г/см3, 1 08 % и 1 25 (см рис 15) Изучение опорных образцов архейских гнейсов и амфиболитов из разреза скважины и их аналогов с поверхности на участке Мустатунтури показало по одним параметрам совпадение величин, а по другим различие в физико-механических свойств этих пород (Таблица 4)

Таблица 4

Петрофизические свойства архейских гнейсов и амфиболитов из разреза СГ-3 и их аналогов с поверхности на участке Мустатунтури

Группы пород Места отбора образцов №№ образцов Плотность, г/смч Пористость, % А, % Vp, км/с Vs км/с KAVp

Скважина К-8658 2 72 1 07 091 5 48 261 1 25

СГ-3 К-8802 2 68 1 23 0 85 5 52 2 68 1 25

К-9002 2 74 1 07 091 5 72 2 88 1 22

Гнейсы Среднее 2 71 1 12 0 89 5 57 2 72 1 24

ПЛ-358 2 75 0 74 0 53 5 88 3 23 1 18

Поверхность ПЛ-363 2 75 0 63 0 27 5 83 3 13 1 15

ПЛ-364 2 71 0 46 031 5 79 3 18 1 15

Среднее 2 74 061 0 37 5 83 3 18 1 16

Скважина К-8933 3 09 0 96 0 74 6 32 3 32 126

СГ-3 К-11262 3 06 0 94 0 61 6 22 3 34 1 24

К-11345 3 03 1 00 08 6 34 3 26 1 18

Амфибо- Среднее 3 06 0 97 0 72 6 29 3 31 1 23

литы ПЛ-356 3 07 0 60 0 43 6 55 3 45 1 17

Поверхность ПЛ-357 3 02 0 69 0 51 6 37 3 42 1 14

ПЛ-365 3 05 0 50 0 21 6 59 3 48 1 12

Среднее 3 05 0 60 0 44 6 50 3 45 1 14

Средняя плотность гнейсов и амфиболитов из разреза СГ-3 всего на 1-2% меньше, чем для образцов-аналогов с поверхности Значения скоростей Vp и Vs полученные в тех же образцах, в максимально насыщенном водой состоянии, для центральной части образцов керна, значительно ниже чем для аналогов (гнейсов - 5 57 и 5 83 км/с, 2 72 и 3 18 км/с, амфиболитов - 6 29 и 6 50 км/с, 3 31 и 3 45 км/с) [Лобанов и др , 1999, Kern at al, 2001 и др ] Средние величины открытой пористости образцов гнейсов из керна равны 1 12%, а

поверхностных аналогов - 0 61%, для амфиболитов, соответственно 0 97 и 0 60% Индикатрисы Ур на иетрофизических диаграммах полученные для этих образцов имеют одинаковую форму максимальные значения Ур группируются в плоскости сланцеватости или вблизи нее, то есть подчинены текстурному узору этих пород (см рис 17) Значения КАУр явно выше в образцах керна, чем в образцах-аналогах с поверхности, как для гнейсов, так и амфиболитов (1 23 - 1 25 и 1 14-1 16, соответственно)

Петрофизические исследования проведенные в архейской части разреза СГ-3 показали, что аномально большие значения открытой пористости пород (1 90 - 4 90%) на глубинах ниже 7 км обусловлены взаимодействием бурового снаряда с забоем скважины и разуплотнением керна при его подъеме на дневную поверхность [Кольская сверхглубокая , 1984, 1988 и др ] Это было подтверждено результатами сравнения величин пористости пород на периферии и в центральных частях образцов керна [Кременецкий, Овчинников, 1986] и данными акустополярископических исследований [Горбацевич, Басалаев, 1993]

Полученные диссертантом данные о динамике водонасыщения опорных образцов гнейсов и амфиболитов и их аналогов с поверхности позволяют оценить указанные явления на количественном уровне (см таблицу 4) Параметры пористости и условно-мгновенного водонасыщения (А) архейских пород были получены методом свободного водонасыщения образцов пород при комнатной температуре и атмосферном давлении Средние значения пористости для гнейсов из керна и на поверхности, соответственно, 1 13% и 0 61%, а для амфиболитов 0 97% и 0 60% При этом величина условно-мгновенного насыщения (А), полученная в течение первых 15 минут измерений, для образцов керна имеет гораздо большие значения, чем для гнейсов и амфиболитов с поверхности - соответственно 0 890 72% и 0 37-0 44% Это показывает, что в образцах керна больше сквозных пор, поровых каналов правильных очертаний и более крупного диаметра, чем в образцах с поверхности и, по-видимому, установленные различия в величинах открытой пористости и параметров водонасыщения обусловлены как техногенным воздействием бурового инструмента, так и разуплотнением образцов керна при их извлечении с больших глубин на поверхность

Детальное изучение пористости на образце керна К-8933 (амфиболит) проведенное в тематической группе ИГЕМ РАН показало, что для центральной части она составляет 0 20%, средней - 0 30-0 40%, а для краевой - 1 25-2 00% [Жариков, 2005], причем среднее значение пористости для всего образца составляет 0 96% (рис 18, см таблица 4) Эти данные показывают, что для образцов керна отобранных с таких больших глубин, даже при алмазном бурении, то есть с минимально возможным техногенным воздействием на породу, происходит такое резкое возрастание пористости и техногенной микротрещиноватости, и, соответственно, уменьшение величин упругих параметров

Рис. 18. Изменение пористости от центра к краевой части в образце керна амфиболита К-8933 из архейской части разреза СГ-3 [Жариков, 2005].

Высокие значения KAVp в образцах керна обусловлены также техногенным воздействием и декомпрессией керна при подъеме образца на поверхность и влиянием микротрещиноватости. Это необходимо учитывать при исследованиях, что даже для таких уникальных образцов из Кольской сверхглубокой скважины, наиболее реальные значения параметров физико-механических свойств пород на больших глубинах, могут быть получены только из центральной части образцов керна.

Исследования геологического пространства и скоростей упругих волн в разрезе скважины СГ-3 привели ряд исследователей к выводу о наличии волноводов и флюидонасыщенных зон в архейском комплексе пород [Шаров. 1993; Беляков, Шлезингер, 1996; Николаев, 1999 и др.]. Изучение субгоризонтальных флюидонасыщенных рефлекторов было одной из главных целей международного проекта КОЛА-ОГТ 92 [Smythe et al., 1994; Ganchin et al., 1998]. Однако, данные о строении самого волновода были и остаются отрывочными и противоречивыми. На скоростной модели разреза СГ-3 по результатам АК и ВСП также отмечено наличие интервалов с пониженными скоростями Vp [Рабинович и др.. 2000]. В этом плане особенно показательны результаты сопоставления глубинного разреза МОВЗ с сейсмотомографическим разрезом (рис. 19).

Рис. 19. Сейсмогеологический (скорость Ур) и сейсмический (МОВЗ-МРС) разрез через Печенгскую структуру [Шаров и др., 2007].

1 - изолинии скоростей Ур в км/с (до глубины 25 км в изолиниях); 2 - ось волновода; 3 - границы, установленные по МОВЗ

Они свидетельствуют о существовании под Печенгской структурой почти горизонтальной зоны пониженных скоростей Ур, осевая поверхность которой пересечена скважиной СГ-3 на глубине около 10 км. т.е. в интервале разреза архейской кольской серии. Общая мощность

Пористость (%)

60 мм

зоны волновода составляет порядка 5 км Верхняя граница волновода прослеживается прерывистой границей обменов, которая одновременно является и подошвой высокоскоростных линзовидных аномалий в верхней части коры Нижняя граница волновода выражена более устойчивой границей обменов, которая на протяжении всего профиля контролирует положение кровли высокоскоростного слоя

Петрофизические данные полученные для опорных образцов керна архейских пород и их аналогов с поверхности доказывают, что на глубинах 8 5-115 км присутствуют гнейсы со средней скоростью Ур - 5 57 км/с и амфиболиты со средней скоростьюУр - 6 29 км/с (см таблицу 4) Именно они создают тот каркас волновода, в котором развиваются более поздние процессы [Лобанов и др, 2002, 2007] В качестве возможных причин возникновения волновода можно исключить насыщенность разреза СГ-3 метабазитами и степень мигматизации метаморфических пород, поскольку они не обнаруживает закономерных вариаций по глубине [Казанский и др , 2005]

Самостоятельным структурным элементом зоны волновода в разрезе скважины СГ-3 являются зоны катаклаза и регрессивного метаморфизма Существует предположение, что именно они могут являться флюидонасыщенными рефлекторами Однако петрофизические данные показывают, что регрессивные изменения в гнейсах, амфиболитах и мигматитах приводят к уменьшению плотности, пористости, КАУр и увеличению скоростей Ур и Уя (Таблица 5) Следовательно, их также нельзя рассматривать в качестве флюидонасыщенных сейсмических границ [Казанский и др , 2002]

Таблица 5

Петрофизические параметры архейских метаморфических пород и диафторитов по ним из разреза Кольской сверхглубокой скважины в интервале 8-12 км

Породы Кол-во Плотность Пористость Ур, Ув, КАУр

образцов г/см1 % км/с км/с

Гнейсы 59 2 72 1 25 5 29 2 72 1 24

Диафториты по гнейсам 15 2 68 0 93 5 39 2 75 1 17

Амфиболиты 25 3 03 0 94 5 70 2 78 1 24

Диафториты по амфиболитам 11 2 81 0 96 5 80 3 03 1 17

Мигматиты по гнейсам 16 2 69 1 26 5 10 2 52 1 24

Диафториты по мигматитам 6 2 65 0 93 5 77 2 73 1 17

Остается еще одна альтернатива - более молодые зоны открытой трещиноватости, заполненные флюидами В пользу этого предположения свидетельствует продолжение предполагаемого волновода в акваторию шельфа Баренцева моря на расстояние до 110 км и однотипная инверсия скоростей 8- и Р-волн на глубине 8-10 км, там и здесь [Исанина и др , 2000] Однако распознать такие флюидонасыщенные зоны открытой трещиноватости в

скважине СГ-3 на таких глубинах практически оказалось невозможным вследствие отбора керна в этом интервале в 2000 м способом магазинирования, интенсивного дискования керна архейских пород, который составил из общей проходки за 258 рейсов бурения 53%, тогда как с прямой трубой было пробурено 23 5%, и столько же составили интервалы без отбора керна [Лобанов и др, 2007] Для этой части разреза было получено 9604 образца керна, половина из которого претерпела дискование и не пригодна для изучения физических свойств Отсутствие представительного кернового материала и приборов, которые бы позволили отбирать на больших глубинах пробы флюидов и газов, поступающих из окружающих пород и трещинных зон приводят к предположению, что для зоны волновода характерно наличие открытой трещиноватости [Казанский и др , 2002]

Выводы

1 Результаты петрологических и структурно-петрофизических исследований опорных образцов керна из архейской части разреза Кольской сверхглубокой скважины и их аналогов с поверхности имеют важное значение для характеристики того каркаса, в котором в глубинных зонах континентальной земной коры развивались более поздние процессы Эти данные свидетельствуют о том, что аномально высокая пористость и низкие скорости упругих волн на глубоких горизонтах скважины, могут быть обусловлены техногенными факторами, что имеет прямое отношение к проблеме сейсмических границ и волноводов

2 Параметры физико-механических свойств опорных образцов керна и их аналогов с поверхности показывают, что на глубинах 8-12 км присутствуют гнейсы и амфиболиты с нормальными для таких пород плотностью, скоростями Vp и Vs Декомпрессия при подъеме образцов керна на поверхность приводит к их разуплотнению, в результате чего пористость может возрасти в два раза, то есть результаты этих исследований дают основание предполагать, что m situ эти архейские породы обладают пористостью порядка 0 5%

3 Установлено, что даже уникальные опорные образцы керна СГ-3, испытавшие минимальное техногенное воздействие при бурении алмазным инструментом, и релаксацию при подъеме на поверхность, имеют большую величину KAVp (1 25), что необходимо учитывать при анализе анизотропии Vp в архейских пород на больших глубинах

4 Установлено, что в интервале от 8 до 12 км в архейском комплексе формировались более поздние зоны регрессивного метаморфизма и трещиноватости Эти зоны, насыщенные флюидами, не могут являться пологими глубинными рефлекторами Предполагается, что флюидонасыщенные пологие сейсмические границы связаны с наиболее поздними зонами открытой трещиноватости, непосредственно продолжающимися из Балтийского щита в шельф Баренцева моря

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Структурно-петрофизическая характеристика условий локализации раннепротерозойских (2 5-18 млрд лет) месторождений мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского и магматических медно-никелевых месторождений Печенгского рудных районов северовосточной части Балтийского щита взаимосвязана с исследованиями Кольской сверхглубокой скважины Рудоносные структуры этих районов сложенные архейскими и протерозойскими метаморфическими породами сформировались на карельском этапе тектономагматической активизации, в которых на этапе свекофеннской активизации происходили локализация жил мусковитовых пегматитов в складчатых структурах и преобразование магматических медно-никелевых месторождений под воздействием тектонических деформаций синхронных с протерозойским зональным метаморфизмом в каждом из районов с формированием зон синметаморфического рассланцевания, сыгравших главную роль в локализации пегматитов и богатых сульфидных медно-никелевых руд

Структурно-петрофизический анализ, разработанный ранее для изучения близповерхностных деформаций на колчеданных месторождениях Урала и Рудного Алтая, впервые был модернизирован и применен для изучения докембрийских метаморфических пород слагающих рудоносные структуры Балтийского щита Определены основные петрофизические параметры для формализованного описания разреза Кольской сверхглубокой скважины, опорных профилей на поверхности, раннепротерозойских рудоносных структур с месторождениями мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского и медно-никелевых руд Печенгского рудных районов Это плотность как показатель литологического состава пород и коэффициент объемной анизотропии КАУр, как индикатор интенсивности синметаморфических тектонических деформаций

Порода чупинской свиты отличаются от пород других свит архейского беломорского комплекса в Чупино-Лоухском районе высокой гетерогенностью разреза по физико-механическим свойствам, а в разрезе самой свиты глиноземистым гнейсам продуктивных горизонтов присущи высокие значения плотности и КАУр Формирование складчатых структур Чупино-Лоухского района происходило на карельском этапе тектономагматической активизации Балтийского щита, а локализация в них жил мусковитовых пегматитов на свекофеннском Главную роль на этом этапе в размещении жил мусковитовых пегматитов играли зоны вторичного рассланцевания, сложенные пластичными кианит-гранат-биотитовыми гнейсами, с высокой анизотропией упругих параметров, в которых локализовались только продольно-секущие жилы, тогда как в более жестких гранат-биотитовых гнейсах -поперечно-секущие

Сопоставление петрофизических данных по разрезу Кольской сверхглубокой скважины и

опорному наземному профилю позволило найти путь формализации геологической задачи по изучению глубинного строения Печенгского рудного района с выделением формализованных элементов по плотности пород и КАУр, что позволило осуществить перевод геологической информации в форму доступную для компьютерной обработки Это позволило на основе петрофизических данных разработать интегральную геодинамическая модель глубинного строения этого рудного района до глубины 15 км, которая характеризует Северное крыло Печенгской структуры как фрагмент вулканической кальдеры, осложненной согласными зонами рассланцевания, а Южное - как комбинацию чешуйчатой моноклинали с реоморфическими гранитными куполами

Согласно интегральной геодинамической модели Печенгского рудного района, раннепротерозойские никеленосные габбро-верлитовые интрузии Печенгского рудного поля первоначально представляли собой силы и залегали субгоризонтально, а их локализация происходила в узком вертикальном диапазоне продуктивной толщи северопеченгской серии и была обусловлена гетерогенностью ее литологического разреза и высокой анизотропией по физико-механическим свойствам вулканогенно-осадочных пород Важную роль в структуре рудного поля играют межпластовые тектонические зоны синметаморфического рассланцевания, которые обусловили формирование чешуйчато-блоковых структур и привели к многоярусности в расположении рудных тел Тектонические деформации и метаморфизм на свекофеннском этапе активизации Балтийского щита не уничтожили первичные магматические руды, а способствовали их преобразованию и локализации богатых эпигенетических руд в межпластовых зонах синметаморфического рассланцевания с высокой анизотропией Ур

Структурно-петрофизические данные по опорным образцам керна из архейской части разреза СГ-3 и их аналогам с поверхности свидетельствуют о том, что на больших глубинах существуют блоки пород со сходными значениями плотности, скоростей Ур и Ув, что имеет важное значение для характеристики того каркаса, в котором в глубинных зонах континентальной земной коры развивались более поздние процессы, имеющих прямое отношение к проблеме сейсмических границ Аномально высокая пористость и низкие скорости упругих волн на глубоких горизонтах скважины обусловлены, по-видимому, техногенными факторами В интервале 8-12 км разреза СГ-3 в архейском комплексе, в зоне предполагаемого волновода, формировались зоны регрессивного метаморфизма и трещиноватости, которые по петрофизическим параметрам не могут являться пологими глубинными рефлекторами Предполагается, что флюидонасыщенные пологие сейсмические границы связаны с наиболее поздними зонами открытой трещиноватости, непосредственно продолжающимися из Балтийского щита в шельф Баренцева моря

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глаголев А А , Генкин А Д, Казанский В И, Боронихин В А , Гордиенко Л П, Красивская И С , Кузнецов А В , Лобанов К В , Носик Л П , Прохоров К В Изучение эндогенных процессов по материалам сверхглубокого бурения // Эндогенные рудные районы и месторождения М Наука, 1987 С 129-144

Иванкина Т И, Никитин А Н , Замятина Н В , Казанский В И, Лобанов К В , Жариков А В Анизотропия архейских амфиболитов и гнейсов из разреза Кольской сверхглубокой скважины по данным нейтронографического текстурного анализа // Физика Земли 2004, № 4 С 74-87

Исанина Э В , Казанский В И , Крупнова Н А , Лобанов К В , Шаров Н В Глубинное строение Печенгского рудного района // Глубинное строение и геодинамика Фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон Материалы 8 Международной конференции Петрозаводск, Кар НЦ РАН, 2002, С 112-113

Жариков А В , Лобанов К.В , Керн X Транспортные упругие свойства и анизотропия пород разреза Кольской скважины и с поверхности // Материалы 8-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Москва, ОИФЗ РАН, 2007, С 45-47

Звездов В С , Лобанов К В Об индикатрисе скоростей продольных ультразвуковых волн в кристаллах искусственного кварца // Региональная геология некоторых районов СССР Изд-во МГУ, 1976, С 34-37

Казанский В И , Боронихин В А , Ванюшин В А , Глаголев А А , Кузнецов А В , Кузнецов Ю И , Ланев В С , Лобанов К В , Прохоров К В , Смирнов Ю П , Старостин В И Соотношения между деформациями, метаморфизмом и петрофизическими свойствами пород в Печенгском рудном районе // Внутреннее строение рудоносных докембрийских разломов М Наука 1985 С 6-46

Казанский В И , Исанина Э В , Лобанов К В , Предовский А А , Шаров Н В Геолого-геофизическая позиция, сейсмогеологические границы и металлогения Печенгского рудного района // Геология рудных месторождений 2002 Т 44 № 4 С 276-286

Казанский В И, Кузнецов А В , Лобанов К В Корреляция низкотемпературной гидротермальной минерализации в разрезе Кольской сверхглубокой скважины и Печенгском побережье // Результаты изучения глубинного вещества и физических процессов в разрезе Кольской сверхглубокой скважины до глубины 12261 м Апатиты МУП «Полиграф» 2000, С 48-51

Казанский В И, Кузнецов А В, Лобанов К.В. Объемная геологическая модель

Печенгского рудного района // Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы Лапландско-Печенгский район Апатиты Изд-во КНЦ РАН, 1997, С 157-180

Казанский В И , Кузнецов А В , Лобанов К.В , Минц М В , Глазнев В Н , Раевский А Б , Кузнецов О Л, Пиманова Н Н, Черемисина Е Н Объемные модели и геодинамика Печенгского рудного района и сопредельных территорий // Кольская сверхглубокая Научные результаты и опыт исследований Москва, Изд-во Технонефтегаз, 1998, С 130-155

Казанский В И , Кузнецов О Л, Кузнецов А В , Лобанов К В , Пиманова Н Н, Черемисина Е Н Разработка интегральной модели глубинного строения Печенгского рудного района // Геоинформатика 1993 №2 С 3-14

Казанский В И , Кузнецов О Л , Кузнецов А В , Лобанов К В , Черемисина Е Н Глубинное строение и геодинамика Печенгского рудного района опыт изучения Кольской сверхглубокой скважины//Геология рудных месторождений 1994 Т 36 № 6 С 500-519

Казанский В И , Лобанов К В. О границах и металлогении Печенгского рудного района // Геология рудных месторождений 1996 №1 С 103-109

Казанский В И , Лобанов К.В Структурно-геофизическая позиция, глубинное строение и условия локализации уникального Печенгского рудного поля (Балтийский щит) // Крупные и суперкрупные месторождения закономерности размещения и условия образования, Москва, ИГЕМ РАН, 2004, С 187-205

Казанский В И, Лобанов К.В Глубинное строение и рудоносность древней континентальной земной коры (по результатам исследований Кольской сверхглубокой скважины) // Проблемы рудной геологии, петрологии, минералогии и геохимии, ИГЕМ РАН, 2004, Москва, С 24-43

Казанский В И , Лобанов К В , Баянова Т Б , Ветрин В Р , Исанина Э В Объемная модель, геодинамика и металлогения Печенгского рудного района // Строение литосферы российской части Баренц-региона (ред Н В Шаров, Ф П Митрофанов, М Л Верба, К Гиллен) Петрозаводск, Изд-во КарНЦ РАН, 2005, С 158-181

Казанский В И , Лобанов К В , Кузнецов А В , Савицкий А В , Морозов Ю А , Шолпо В Н , Шаров Н В Гидротермальная полиметаллическая минерализация переходной зоны «Суша-Море», Печенгский рудный район (Россия) // Геология рудных месторождений 1999 Т 41 №3 С 195-213

Казанский В И, Лобанов К В, Исанина ЭВ, Шаров HB От разреза Кольской сверхглубокой скважины к глубинной модели района бурения корреляция структурно-петрологических, петрофизических и сейсмических данных // Российский геофизический журнал, 2006, №41/42, С 7-17

Казанский В И, Лобанов К В., Исанина Э В , Шаров Н В Геологическая позиция

Печенгского рудного района в переходной зоне Балтийский щит - шельф Баренцева моря // Материалы Всероссийской научной конференции «Геодинамика, магматизм, седиментогенез и минерагения северо-запада России Петрозаводск, Кар НЦРАН, 2007, С 155-159

Казанский В И, Лобанов К В, Шаров Н В Кольская сверхглубокая скважина перспективы новых открытий // Наука в России Москва, Наука РАН 1998, № 5, С 14-19

Казанский В И , Лобанов К.В , Шаров Н В От разреза Кольской сверхглубокой скважины к глубинным моделям Печенгского рудного района к 10-летию открытия № 28 в области наук о Земле // Вестник Российской Академии естественных наук 2007 Т 7 № 2, С 3-7

Казанский В И , Черемисина Е Н , Лобанов К В , Галуев В И Компьютерный анализ материалов Кольской сверхглубокой скважины и поверхности для моделирования строения глубинных зон континентальной земной коры // Тезисы докладов семинара «Использование результатов геофизических исследований на региональных профилях при геологическом изучении недр» Москва, Изд-во ВНИИгеосистем, Дубна, 1999, С 86-89

Керн X , Попп Т, Горбацевич Ф Ф, Жариков А В , Лобанов К.В , Смирнов Ю П Сейсмические свойства пород из Кольской сверхглубокой скважины и их гомологов на поверхности в условиях адекватных глубинным // Глубинное вещество структура, свойства и состояние в геопространстве Кольской сверхглубокой скважины Результаты исследований по проекту МПГК-408 ЮНЕСКО (Часть И) Вестник МГТУ, Мурманск 2007 Т 10, № 2, С 263-266

Лобанов К В Влияние упругих свойств пород на локализацию мусковитовых пегматитов в разрезе беломорского комплекса//Эндогенные рудные месторождения М Наука, 1980, С 156-171

Лобанов К.В Петрофизическая характеристика складчатых структур Чупино-Лоухского пегматитового района // Геология рудных месторождений, 1980, № 2, С 94-98

Лобанов К В Петрофизическая характеристика пегматитоносных складчатых структур Северной Карелии // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии» Новосибирск, ИГиГ СО АН СССР, 1982, С 141-142

Лобанов К В Петрофизическая характеристика рудоносных структур Печенгского района // Тезисы докладов Всесоюзного семинара «Петрофизика рудных месторождений», Ленинград, НПО Рудгеофизика, 1990, С 100-102

Лобанов К.В Соотношения между тектоническими деформациями, метаморфизмом, петрофизическими свойствами горных пород и рудной минерализацией // Породы и минералы на больших глубинах и на земной поверхности субпроекты Апатиты МУП «Полиграф» 1999, С 47-50

Лобанов К В Структурно-петрофизическая корреляция разреза Кольской сверхглубокой скважины и опорного профиля на поверхности // Тезисы докладов 2-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» Москва, 1999, ИФЗ РАН, С 34-35

Лобанов К В Методика структурно-петрофизического исследования рудоносных докембрийских структур северо-восточной части Балтийского щита // Материалы 8-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» Москва, 2007, ИФЗ РАН, С 75-77

Лобанов К В, Глаголев А А, Жариков А В , Кузнецов А В, Смирнов Ю П Сопоставление архейских пород в разрезе Кольской сверхглубокой скважины и на поверхности//Геоинформатика, 1999 №4 С 38-50

Лобанов К.В, Зингер Т Ф Петрофизическая характеристика зон мигматизации в глиноземистых гнейсах и их связи с локализацией жил мусковитовых пегматитов Северной Карелии // Тезисы докладов 4-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Москва, ОИФЗ РАН, 2003, С 25-26

Лобанов К В, Казанский В И Корреляция петрологических и петрофизических данных по зональности метаморфизма пород в разрезе СГ-3 // Тезисы докладов 6-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Москва, ОИФЗ РАН, 2005, С 37-38

Лобанов К В., Казанский В И, Дистлер В В , Кузнецов А В , Чичеров М В , Кочегура В В Сопоставление изотопно-геохронологических и палеомагнитных данных для пород тектонических блоков и медно-никелевых месторождений Печенгского рудного района // Материалы III Российской конференции по изотопной геохронологии «Изотопное датирование процессов рудообразования, магматизма, осадконакопления и метаморфизма», Москва, ИГЕМ РАН, ГЕОС, 2006, Т 1, С 442-447

Лобанов К.В , Казанский В И , Кузнецов А В , Жариков А В Сопоставление плотности, пористости и анизотропии упругих свойств метаморфических пород по разрезу Кольской сверхглубокой скважины и опорному профилю на поверхности // Тезисы докладов 3-ей Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» Москва, 2001, ИФЗ РАН, С 24-26

Лобанов К.В., Казанский В И., Кузнецов А В , Жариков А В Сопоставление плотности, пористости и анизотропии упругих свойств образцов архейских пород из разреза Кольской сверхглубокой скважины и аналогов с поверхности // Тезисы докладов 4-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Москва, ОИФЗ РАН, 2003, С 30-31

Лобанов К В , Казанский В И , Кузнецов А В , Жариков А В , Никитин А Н , Иванкина Т И , Замятина Н В Сопоставление архейских пород из разреза Кольской сверхглубокой скважины и их аналогов с поверхности по результатам структурно-петрологических, петрофизических и нейтронографических исследований // Петрология 2002, Т 10 № 1 С 30-45

Лобанов К В, Казанский В И, Кузнецов А В, Старостин В И Структурно-петрофизическая характеристика протерозойских и архейских пород по разрезу Кольской сверхглубокой скважины и опорному профилю на поверхности // Тезисы докладов 4-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Москва, ОИФЗ РАН, 2003, С 27-28

Лобанов К В., Казанский В И, Кузнецов А В, Чичеров М В Структурно-петрофизические факторы преобразования медно-никелевых и свинцово-цинковых руд Печенгского рудного района // Петрология, геохимия, минералогия, геология месторождений полезных ископаемых, геоэкология Материалы Всероссийской Научной конференции «Геология, Геохимия, Геофизика на рубеже XX и XXI веков», Москва, ИГЕМ РАН, ООО «Связь-Принт», 2002, Т 2, С 284-285

Лобанов К В, Казанский В И, Кузнецов А В, Чичеров М В Структурно-петрофизическая характеристика согласных рудоносных зон синметаморфического рассланцевания Восточного рудного узла Печенгского рудного поля // Материалы 7-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Борок, ОИФЗ РАН, 2006, С 44-45

Лобанов К.В , Казанский В И , Кузнецов А В , Чичеров М В , Губерман Д М , Смирнов Ю П , Хмелинский В Н , Яковлев Ю Н Золотоносность пород южного крыла Печенгской структуры // Геология, генезис и вопросы освоения комплексных месторождений благородных металлов Материалы Всероссийского Симпозиума Москва ИГЕМ РАН, ООО «Связь-Принт», 2002, С 183-185

Лобанов К.В., Казанский В И, Кузнецов А В Принципы отбора образцов для сопоставления архейских пород в разрезе Кольской сверхглубокой скважины и на поверхности // Результаты изучения глубинного вещества и физических процессов в разрезе Кольской сверхглубокой скважины до глубины 12261 м Апатиты МУП "Полиграф" 2000, С 107-109

Лобанов К В, Казанский В И , Кузнецов А В Сопоставление разреза Кольской сверхглубокой скважины и опорного профиля на поверхности по плотности и анизотропии упругих волн метаморфических пород // Труды Международной конференции «Глубинное строение литосферы и нетрадиционное использование недр Земли», Киев, Украина, 1996, С

30-32

Лобанов К.В , Казанский В И , Кузнецов А В , Старостин В И Методика изучения объемной анизотропии упругих свойств по керну сверхглубоких скважин // Тезисы докладов Всесоюзного совещания по обмену опытом по обработке керна и геолого-геофизическим исследованиям в скважинах и околоскважинном пространстве сверхглубоких скважин Ярославль, НПО «Недра», 1987, С 86-88

Лобанов К В., Казанский В И, Кузнецов А В , Соколов С В Структурно-петрофизическая характеристика Восточного рудного узла Печенги // Геология рудных месторождений, 1989, №5, С 18-33

Лобанов К.В , Казанский В И , Старостин В И Структурно-петрофизический контроль мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского района (Северная Карелия) // Рудоносные структуры докембрия М Наука 1982 С 137-165

Лобанов К В , Казанский В И, Шаров Н В Петрофизическая характеристика пород зоны глубинного волновода в разрезе Кольской сверхглубокой скважины // Материалы 8-ой Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Москва, ОИФЗ РАН, 2007, С 78-79

Лобанов К В, Кузнецов А В Структурно-петрофизический анализ зоны сочленения Мурманского блока и кольской серии (район хребта Мустатунтури) // Тезисы докладов Всесоюзной школы «Структурный анализ кристаллических комплексов» Тбилиси, ГИН АН СССР, 1988, С 81-83

Лобанов К В, Кузнецов А В , Чичеров М В Структурно-петрофизические факторы преобразования медно-никелевых месторождений Печенгского рудного района // Тезисы докладов 3-ей Международной конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» Москва, 2001, ИФЗ РАН, С 26-27

Никитин А Н , Иванкина Т И , Замятина Н В , Казанский В И , Лобанов К.В , Жариков А В Текстура как индикатор метаморфизма горных пород и деформационных процессов в континентальной земной коре // Труды V Международной конференции «Кристаллы рост, свойства, реальная структура и применение» Александров, ВНИИСИМС, 2001, т 2, С 316322

Чижова И А , Лобанов К В Сопоставление петрофизических диаграмм образцов пород Кольской сверхглубокой скважины и аналогов с поверхности на основе анализа изображений // Петрология, геохимия, минералогия, геология месторождений полезных ископаемых, геоэкология Материалы Всероссийской научной конференции «Геология, Геохимия, Геофизика на рубеже XX и XXI веков», Москва, ИГЕМ РАН, ООО «Связь-Принт», 2002, Т 2, С 348-349

Шуркин К А , Зингер Т Ф , Котов А Б , Митрофанов Ф П , Корсаков В Н , Лобанов К В Петрогенетическая связь мигматитов и пегматитов Беломорья // Геология и генезис пегматитов Л Наука, 1983, С 145-155

Шуркин К А , Корсаков В Н, Зингер Т Ф , Арутюнов Г А , Котов А Б , Кутявин Э П , Лобанов К В., Малов Н Д , Саморукова Л М , Ярмак А А Комплексные поисковые критерии слюдоносных пегматитов Беломорья (петролого-геофизическая модель локализации месторождений мусковита) Л Наука, 1988, 152 с

Chijova I, Lobanov К Determination of features of the Constitution of Petrophysical Diagrams Vp for Rock Samples from Kola Superdeep Borehole on the Basis of logical-information Analysis // Proceedmgs of 10th Annual Conference of the IAMG'05 GIS and Spatial Analysis, 21-26 August 2005, Toronto, Canada, 2005, V 2, pp 1234-1241

Kazansky V I, Kochegura V V , Lobanov K.V Paleomagnetic characterization of tectonic block rocks in the Pechenga district // Abstract Intern Symposium IGCP, 275, 257 Petrozavodsk, 1992 pp 33-35

Kazansky VI, Kuznetsov О L , Lobanov К V, Galdm N E , Cheremisina E N Geodynamic model of the Pechenga ore region experience of the Kola superdeep borechole // Abstract 29 International Geological Congress Kuoto, Japan, V 1,1992

Kazansky V I, Lobanov К V Anorogemc granitoids and their setting m the Pechenga ore district//Abstracts Inter Symposium IGCP, 315, Helsinki, Finland, 1996, pp 46-47

Kazansky V I, Lobanov К V. The Early Proterozoic crustal evolution and deep structure of the Pechenga ore district (northern Baltic Shield) evidence from the Kola Superdeep Borehole, petrological, petrophysical and seismic data // Abstracts of the International Meetmg CAC, Hahfaxs, Canada, 2005 pp 100-101

Kazansky V , Lobanov К , Kuznetsov О , Cheremisina E New insight mto the Pechenga ore district as related to the studies of the Kola super deep borehole // Abstracts 30 International Geological Congress, V 1, Beijin, China, 1996 p 100

Kazansky V , Lobanov К , Tarasov N , Tripol'sky A , Popov N , Sharov N Geological setting of the Pechenga and Kirovograd polymetal ore districts as related to the heterogeneity of Earth crust and M-discontinuity relief // Abstracts Understanding the genesis of ore deposits to meet the demands of the 21st century, 12th Quadrennial IAGOD symposium, 21-24 August 2006, Moscow ООО «Информполиграф» p 84

Kern H , Popp T , Gorbatsevich F , Zharikov A , Lobanov К V , Smirnov Yu P Pressure and temperature dependence of Vp and Vs m rocks from the superdeep well and from surface analogues at Kola and the nature of velocity anisotropy // Tectonophysics, 2001, V 338, pp 113-134

Lobanov К V , Cheremisma E N , Chicherov M V , Chizhova I A , Kazansky V I, Kuznetsov

A V, Sharov N V Relationship among mineral deposits and 3D geodynamic model of deep structure of the Pechenga ore district (Baltic shield, Russia) //Proceedings of 5 European Congress on Regional Geoscientific Cartography and Information Systems, Barcelona, Spain, 2006, V I, pp 232-234

Lobanov K., Kazansky V Correlation between Archean rocks from the Kola Superdeep Borehole and their surface analogues on the data of structural-petrological and petrophysical studies // The lithosphere Contmental lithosphere nature, structure and deformation Abstracts of the 27th General Assembly of the European Geophysical Society, Nice, France, 2002, p 68

Lobanov K., Kazansky V The tree-dimentional geodynamic model of the Pechenga ore district (Baltic shield, Russia) // The lithosphere Rock physics from laboratory to field scales Abstracts of the 27th General Assembly of the European Geophysical Society, Nice, France, 2002, p 70

Lobanov K., Kazansky V , Chizhova I 3D mtegration model of the Pechenga ore district on geological data of Kola superdeep borehole and surface (Baltic shield, Russia) // Proceedings of 11 International Congress for Mathematical Geology Quantitative Geology from Multiple Sources, 3-8 September, Liege, Belgium, 2006

Lobanov K , Kazansky V, Kuznetsov A, Zharikov A Integrated geodynamic model of the Pechenga ore district on the correlation geological, penological and petrophysical data on Kola superdeep borehole section and reference profile on surface // Abstract 32 International Geological Congress Florence, Italy, V 1,2004, p 763

Lobanov K, Tchyova I Computer analysis of structural-petrophysical data for geodynamic simulation on example of the Kola superdeep borehole (Baltic shield, Russia) // Proceedings of 4 Europeann Congress on Regional Geoscientific Cartography and Information Systems, Bologna, Italy, 2003, V I, pp 36-38

Tchijova I, Lobanov K. Logic-Informative Analysis of Petrophysical Diagrams for Simulation of Precambrian Tectonic Structures of Baltic Shield (Pechenga Ore District) // Proceedings of 9th Annual Conference of the International Association for Mathematical Geology, 7-15 September 2003, Porsmooth, UK, 2003 pp 487-492

Tchijova I , Lobanov K Taxonomy method in analysis of petrophysical diagrams of rock samples from Precambrian tectonic structures // Abstract 32 International Geological Congress Florence, Italy, V 1,2004, p 101

Trckova J , Zivor R , Lobanov K V, Kazansky V I, Zharikov A V, Smirnov Y P Comparison of elastic properties of the Kola Superdeep borehole core samples and then surface analogues obtamed by static and dynamic measurements // Acta Montana A Geotectonika, IRSM AS CR, Praha, 2002, 21 (125), p p 27-54

Подписано к печати 02 11 2007 Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уч изд л 4 5 Тираж 150 экз Заказ № 1

Издательская группа ИГЕМ РАН 119017, Москва, Старомонетный пер, д 35

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Лобанов, Константин Валентинович

Выводы

1. Результаты петрологических и структурно-петрофизических исследований опорных образцов керна из архейской части разреза Кольской сверхглубокой скважины и их аналогов с поверхности имеют важное значение для характеристики того каркаса, в котором в глубинных зонах континентальной земной коры развивались более поздние процессы. Эти данные свидетельствуют о том, что аномально высокая пористость и низкие скорости упругих волн на глубоких горизонтах скважины, могут быть обусловлены техногенными факторами, что имеет прямое отношение к проблеме сейсмических границ и волноводов.

2. Параметры физико-механических свойств опорных образцов керна и их аналогов с поверхности показывают, что на глубинах 8-12 км присутствуют гнейсы и амфиболиты с нормальными для таких пород плотностью, скоростями Vp и Vs. Декомпрессия при подъеме образцов керна на поверхность приводит к их разуплотнению, в результате чего пористость может возрасти в два раза, то есть результаты этих исследований дают основание предполагать, что in situ эти архейские породы обладают пористостью порядка 0.5%.

3. Установлено, что даже уникальные опорные образцы керна СГ-3, испытавшие минимальное техногенное воздействие при бурении алмазным инструментом, и релаксацию при подъеме на поверхность, имеют большую величину KAVp (1.25), что необходимо учитывать при анализе анизотропии Vp в архейских пород на больших глубинах.

4. Установлено, что в интервале от 8 до 12 км в архейском комплексе формировались более поздние зоны регрессивного метаморфизма и трещиноватости. Эти зоны, насыщенные флюидами, не могут являться пологими глубинными рефлекторами. Предполагается, что флюидонасыщенные пологие сейсмические границы связаны с наиболее поздними зонами открытой трещиноватости. непосредственно продолжающимися из Балтийского щита в шельф Баренцева моря.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Структурно-петрофизическая характеристика условий локализации раннеиротерозойских (2.5-1.8 млрд. лет) месторождений мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского и магматических медно-никелевых месторождений Печенгского рудных районов северовосточной части Балтийского щита взаимосвязана с исследованиями Кольской сверхглубокой скважины. Рудоносные структуры этих районов сложенные архейскими и протерозойскими метаморфическими породами сформировались на карельском этапе тектономагматической активизации, в которых на этапе свекофеннской активизации происходили локализация жил мусковитовых пегматитов в складчатых структурах и преобразование магматических медно-никелевых месторождений под воздействием тектонических деформаций синхронных с протерозойским зональным метаморфизмом в каждом из районов с формированием зон синметаморфического рассланцевания, сыгравших главную роль в локализации пегматитов и богатых сульфидных медно-никелевых руд.

Структурно-петрофизический анализ, разработанный ранее для изучения близповерхностных деформаций на колчеданных месторождениях Урала и Рудного Алтая, впервые был модернизирован и применен для изучения докембрийских метаморфических пород слагающих рудоносные структуры Балтийского щита. Определены основные петрофизические параметры для формализованного описания разреза Кольской сверхглубокой скважины, опорных профилей на поверхности, раннепрогерозойских рудоносных структур с месторождениями мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского и медно-никелевых руд Печенгского рудных районов. Это плотность как показатель литологического состава пород и коэффициент объемной анизотропии КАУр. как индикатор интенсивности синметаморфических тектонических деформаций.

Породы чупинской свиты отличаются от пород других свит архейского беломорского комплекса в Чупино-Лоухском районе высокой гетерогенностью разреза по физико-механическим свойствам, а в разрезе самой свиты глиноземистым гнейсам продуктивных горизонтов присущи высокие значения плотности и КАУр. Формирование складчатых структур Чупино-Лоухского района происходило на карельском этапе тектономагматической активизации Балтийского щита, а локализация в них жил мусковитовых пегматитов на свекофеннском. Главную роль на этом этапе в размещении жил мусковитовых пегматитов играли зоны вторичного рассланцевания, сложенные пластичными кианит-гранат-биотиговыми гнейсами, с высокой анизотропией упругих параметров, в которых локализовались только продольно-секущие жилы, тогда как в более жестких гранат-биотитовых гнейсах -поперечно-секущие.

Сопоставление петрофизических данных по разрезу Кольской сверхглубокой скважины и опорному наземному профилю позволило найти путь формализации геологической задачи по изучению глубинного строения Печенгского рудного района с выделением формализованных элементов по плотности пород и КАУр, что позволило осуществить перевод геологической информации в форму доступную для компьютерной обработки. Это позволило на основе петрофизических данных разработать интегральную геодинамическая модель глубинного строения этого рудного района до глубины 15 км, которая характеризует Северное крыло Печенгской структуры как фрагмент вулканической кальдеры, осложненной согласными зонами рассланцевания. а Южное - как комбинацию чешуйчатой моноклинали с реоморфическими гранитными куполами.

Согласно интегральной геодинамической модели Печенгского рудного района, раннепротерозойские никеленосные габбро-верлитовые интрузии Печенгского рудного поля первоначально представляли собой силы и залегали субгоризонтально, а их локализация происходила в узком вертикальном диапазоне продуктивной толщи северопеченгской серии и была обусловлена гетерогенностью ее литологического разреза и высокой анизотропией по физико-механическим свойствам вулканогенно-осадочных пород. Важную роль в структуре рудного поля играют межпластовые тектонические зоны синметаморфического рассланцевания. которые обусловили формирование чешуйчато-блоковых структур и привели к многоярусное™ в расположении рудных тел. Тектонические деформации и метаморфизм на свекофеннском этапе активизации Балтийского щита не уничтожили первичные магматические руды, а способствовали их преобразованию и локализации богатых эпигенетических руд в межпластовых зонах синметаморфического рассланцевания с высокой анизотропией Ур.

Структурно-петрофизические данные по опорным образцам керна из архейской части разреза СГ-3 и их аналогам с поверхности свидетельствуют о том, что на больших глубинах существуют блоки пород со сходными значениями плотности, скоростей Ур и Ув, что имеет важное значение для характеристики того каркаса, в котором в глубинных зонах континентальной земной коры развивались более поздние процессы, имеющих прямое отношение к проблеме сейсмических границ. Аномально высокая пористость и низкие скорости упругих волн на глубоких горизонтах скважины обусловлены, по-видимому, техногенными факторами. В интервале 8-12 км разреза СГ-3 в архейском комплексе, в зоне предполагаемого волновода, формировались зоны регрессивного метаморфизма и трещиноватости, которые по петрофизическим параметрам не могут являться пологими глубинными рефлекторами. Предполагается, что флюидонасыщенные пологие сейсмические границы связаны с наиболее поздними зонами открытой трещиноватости. непосредственно продолжающимися из Балтийского щита в шельф Баренцева моря.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Лобанов, Константин Валентинович, Москва

1. Звездов B.C., Лобанов К.В. Об индикатрисе скоростей продольных ультразвуковых волн в кристаллах искусственного кварца // Региональная геология некоторых районов СССР. Изд-во. МГУ. 1976, С. 34-37.

2. Казанский В.П. Исанина Э.В. Лобанов К.В., Предовский A.A. Шаров Н.В. Геолого-геофизическая позиция, сейсмогеологические границы и металлогения Печенгского рудного района// Геология рудных месторождений. 2002. Т. 44. № 4. С. 276-286.I

3. Казанский В.И., Кузнецов A.B. Лобанов К.В. Объемная геологическая модель

4. Печенгского рудного района // Сейсмогеодогическая модель литосферы Северной Европы: Лапландско-Печенгский район. Апатиты. Изд-во КНЦ РАН. 1997. С. 157-180.

5. Казанский В.И., Кузнецов О.Л., Кузнецов A.B., Лобанов К.В. Пиманова H.H. Черемисина E.H. Разработка интегральной модели глубинного строения Печенгского рудного района // Геоинформатика. 1993. № 2. С. 3-14.

6. Казанский В.И. Кузнецов О.Л. Кузнецов A.B., Лобанов К.В , Черемисина E.H. Глубинное строение и геодинамика Печенгского рудного района: опыт изучения Кольской сверхглубокой скважины // Геология рудных месторождений. 1994. Т. 36. № 6. С. 500-519.

7. Казанский В.И. Лобанов К.В. О границах и металлогении Печенгского рудного района// Геология рудных месторождений. 1996. № 1. С. 103-109.

8. Казанский В.И. Лобанов К.В. Исанина Э.В. Шаров Н.В. Геологическая позиция

9. Печенгского рудного района в переходной зоне Балтийский щит шельф Баренцева моря // Материалы Всероссийской научной конференции «Геодинамика, магматизм, седиментогенез и минерагения северо-запада России. Петрозаводск, Кар НЦ РАН, 2007, С. 155-159.

10. Казанский В.И., Лобанов К.В., Шаров Н.В. Кольская сверхглубокая скважина: перспективы новых открытий // Наука в России. Москва, Наука РАН 1998, № 5, С. 14-19.

11. Казанский В.И., Лобанов К.В. Шаров Н.В. От разреза Кольской сверхглубокой скважины к глубинным моделям Печенгского рудного района: к 10-летию открытия № 28 в области наук о Земле // Вестник Российской Академии естественных наук. 2007. Т. 7. № 2, С. 3-7.

12. Лобанов К. В. Влияние упругих свойств пород на локализацию мусковитовых пегматитов в разрезе беломорского комплекса // Эндогенные рудные месторождения. М.: Наука, 1980. С. 156-171.

13. Лобанов К.В. Петрофизическая характеристика складчатых структур Чупино-Лоухского пегматитового района//Геология рудных месторождений, 1980, № 2, С. 94-98.

14. Лобанов К.В. Петрофизическая характеристика рудоносных структур Печенгского района // Тезисы докладов Всесоюзного семинара «Петрофизика рудных месторождений», Ленинград, НПО Рудгеофизика. 1990, С.100-102.

15. Лобанов К.В. Глаголев A.A. Жариков A.B. Кузнецов A.B., Смирнов Ю.П. Сопоставление архейских пород в разрезе Кольской сверхглубокой скважины и на поверхности // Геоинформатика. 1999. № 4. С. 38-50.

16. Лобанов К.В. Казанский В.И., Кузнецов A.B., Соколов С.В Структурно-петрофизическая характеристика Восточного рудного узла Печенги // Геология рудных месторождений, 1989. № 5, С. 18-33.

17. Лобанов К.В., Казанский В Н. Старостин В.И. Структурно-петрофизический контроль мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского района (Северная Карелия) // Рудоносные структуры докембрия. М.: Наука. 1982. С. 137-165.

18. Шуркин К.А., Зингер Т.Ф. Котов А.Б., Митрофанов Ф.П. Корсаков В Н., Лобанов К.В. Петрогенетическая связь мигматитов и пегматитов Беломорья // Геология и генезис пегматитов. Л. Наука, 1983, С. 145-155.

19. Kazansky V.I., Kochegura V.V., Lobanov K.V. Paleomagnetic characterization of tectonic block rocks in the Pechenga district // Abstract Intern. Symposium IGCP. 275, 257. Petrozavodsk, 1992. pp. 33-35.

20. Kazansky V.I., Kuznetsov O.L., Lobanov K.V., Galdin N.E., Cheremisina E.N. Geodynamic model of the Pechenga ore region: experience of the Kola superdeep borechole // Abstract 29 International Geological Congress. Kuoto, Japan, V. 1. 1992.

21. Kazansky V.I., Lobanov K.V. Anorogenic granitoids and their setting in the Pechenga ore district // Abstracts Inter. Symposium IGCP, 315, Helsinki, Finland, 1996, pp. 46-47.

22. Kazansky V. Lobanov K. Kuznetsov 0., Cheremisina E. New insight into the Pechenga ore district as related to the studies of the Kola super deep borehole // Abstracts 30 International Geological Congress, V. 1, Beijin, China, 1996. p. 100.

23. Tchijova I. Lobanov K. Taxonomy method in analysis of petrophysical diagrams of rock samples from Precambrian tectonic structures // Abstract 32 International Geological Congress. Florence. Italy. V. 1, 2004. p. 101.