Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Теория и практика геодинамического анализа гравитационного поля (на примере рудных районов Урала)

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

Автореферат диссертации по теме "Теория и практика геодинамического анализа гравитационного поля (на примере рудных районов Урала)"

Государственный комитет РС^СР по делам науки и высшей шсоли

Свердловский ордена Трудового Красного Ьнамени горний институт т. В.В.Вахрушева

На правах рукописи Филатов Владимир Викторович

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ГЕОДШ!ЛМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ (на примере рудных районов Урала)

Специальность: 04.00.12 - геофизические метода поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Свердловск 1990

Работа выполнена на кафедре структурной геофизики и гео-картированяя Свердловского ордена Трудового Красного Еначени горного института им. В.В.Вахрушева

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.В.Антонов доктор геолого-мниералогических наук, профессор Г.А.Кейлшап

доктор геолого-минералогических наук, профессор К.у.Тяпкин

Ведущая органа защя - Институт геологии и разработки горючих вскопаемых

Защита состойся " 30" Н0Я°РЯ 1590 г. в "10 " »асов на заседании специализированного совета Л.063.03.02 при Свердловском горном институте по адресу:620215, г.Свердловск, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Свердловского горного института.

Автореферат разослан " " ' октябРя 1990 г.

Ученый секретарь специалззированного

совета, доктор физико-математических наук, профессор

ОШЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛгСТИ

Актуальность проблемы. Современный уровень теории шггерпрета-цлг фязичеедгх полей тйков, что с помоигю её методов могло с требуемой для практики точностью оцгнпвать фгзпчоские сзойства г геометрические параметры аяоиаляеобразумцях объектов. Но кагдыЗ объект есть продукт одного, чаце нескольких, процессов, протгкагетх з земно!! коре. Следовательно,правомерен вопрос о том, почему в дакксй ч-зстя земной коры сформировалась наблюдаемая, а не г,пая фз-ьическая неоднородность, т.е. вопрос о генезисе неоднородности.

Процесс и объект связаны йедцу собой причипно-следствелнс^ связьп, но непосредственно геофизическими методами уверенно изучается пока только объект. Ущербность трчой методологии очезидна, но это вынужденная уступка обстоятельствам. Ска обусловлена огромными сложностями в решении обсудааемоЯ проблема, поскольку форма явления я его сущность не всегда имеют прямую связь. В противнем случае, как отмечал К.Марко, наука била бн не нужна. Однако, несмотря на тртдности, необходимо разрабатывать методы геяетичесяо-го анализа физических полеЗ, о которцмп, по нашему мнепсю, следует связывать перспективы развития теорси интерпретации.

Один из возможных путей репения проблемы заключается и следу-ищем. Двьжителем многих геологячгекпх процессов являются действующие б земной коре напряжения, Им принадлежит ведущая роль £ стпук-турообразовании, сна определяют тектоническую нарупетюсть п проницаемость среды, гмеюгдм болыяое значение при рудоотлот:ен?а. Напряжения оказывают суиественноз влияние на физические- свойства горных пород. Поэтому задача оценки напржгаяло-дефорлвровалного состояния геологический среды геофизическими мттодами занимает в проблеме определения природы пеодкородностей центральное место.

Решение этей задаче для всех методов геофизики з рамках одно!? работы невыполнимо, Ш ограничились гравиметрией, обосногкЕая выбор следующими првчзпет:

1) процесс дефогмгроьанвя тарных пород всегда сопровождается относительным игмепеняем их объёма (дотзтоцзей). Это приводит г изменении плотности геологических тел и, соответственно, к изменению поля силы тяжести;

2) одна кз ссстшшиэтих естественного поля напряжений обусловлена гравитационными силгмз или плотностной неоднородность и среду. Следовательно, эту часть поля наяряжеяиЗ можно оценивать путей со-ответствущего алаляза гравятациотгпого поля;

3) месторождения полезных ископаемых пространственно и генетически пряурочеш к различным структурно-тектоническим элементам. Поэтому в общем комплексе геолого-геофизических исследований значительное ызсто отводится структурному картированию. Среди хе геофизических методов (по крайней мере в рудных районах) ведущее ы&-сто при картировании принадлежит гравиметрии.

Цель работы занг.вчается в экспериментальном и теоретическом обосновании и практическом доказательстве возможности применения гравтегрип для оценки напрятенно-деформированного состояния среды им, друплга словами, в обосновании геодиначического анализа поля силы тяжести.

Осповьне вадачи работы ваклвчаются в ток, чтобы:

1) зыголшиь анализ закономерностей деформирования в разрушения горних пород и дать количественную оцежу дилатации;

2) разработать теорию связи поля силы тяжести и золя деформа-циЗ, обусловленного плотностноЯ неоднородностью среда, и создать на этой основе методику количественной оценки деформаций;

3) показать прикладное геологическое значение геодинамического анализа гравитационного поля.

Паучнгя ценность и новиаяа работы?

I) сбобденве е^спериментальных данных о деформировании горных пород при различных режимах и »идах нагружзния, подученных на об-раЕцах в в патурных условиях, позволили сделать вывод о том, что концентрация напряжений в йьбольшвх областях среды, релаксация напряжений 7. некоторые другие процессы приводят к формированию локальных объектов с аномальными плотностккме свойствами, &ги объекты, являясь следствием геоданамически* процессов, закономерно связаны с геологическими структурам.'Изучение поля силы тяжоста таких объектов позволяет форгдазрозать гипотезу о механизме образования структуры.

2} рассмотрено прикладное значение фундаментального закона разрусения твёрдых тел ~ закона автомоделгностп. На основе этого закона г принципа системности построена схема систем глубинных разломов некоторих структурных зсн Урала и Приуралья.

3) теоретической предпосылкой применения гравгметриг для ана-лв&а полл дефорлаций является решение задачи о смещениях, вызываемых в однородном упругом полупространства плотностноЯ неоднородностью, на которую действуют вертикальные и горизонтальные сглы. Ресеяие подобной задачи получено впервые. Иг него следует,

что деформации выракаотея через гравитациотдаЯ потенциал шгатаост-ноЗ неоднородности п его пропзводяне. Задала рассмотрена ,>Ш1 двух моделей среди: линейно-упругой (тело Гула) в упруг'о-шзкоР (тело Максвелла), С помощью уравнений второй модели пра ргвастпых. параметрах ползучести среди можно изучать процесс дсфор/провапия во времени. Необходимость такого ал алапа обусловлена широким развитием в земной коре течепвя горшх пород в твёрдом состояние;

4) из совместного анализа результатов ргпепяя задачи о связи гравитационного поля п поля деформаций и теорема Пуассона сформулирован магнптоупругиЗ аналог теоремн Пуассона» йоториы устанавливается соотношение меадг составляет®«® напряяеяяооти магнитного поля в компонентами тензора застой деформации.

Практическая значимость работа;

1) разработанная теория п методика количественной оценки деформаций позволяет получать о них объективная представление. Подтверждением тому служат геологлчеокяе результаты гаодпвачичсского анализа гравитационного пода Тсгило-Иусвинского келесорудпого рэйопа я одного из районов Гйюго Урала}

2) на ооповапии геедвяаылческого акаляьа гразатсдаонного поля:

- определена природа Дурйяского прогиба го кровле солей, рас-полококного в пределах Верхлекачского цестороадения, п разработал способ врогяоБпрозаяая нестороадопяя пофтп в газа»

- обоснованы динамические сгаш развития Тсмянсяой рудной зоны я ЧуксинскоИ разлогдяо* структуры на Шном Урале;

- заполнена теоретическая рекоиструпсяя систем разрывов мной частя Верхнекамского местороадекия калабкнх соле»)

3) на основе принципов системности я автоыодельности построена схема систем глубинных разломов некотохнх структурных зон Урала и Пряурелья.

Основше заяшаабыве долояепия:

1) напряжения, фсрмирувяке структур-, запечатлевается в ней благодаря деформированию п разрушена*? горных пород в виде закономерного распределения локальных объектов с аномальными плотнсст-ныки свойствами. Анализ полк силы тяжести теких объектов позволяет оценивать механизм образования структуры;

2) плотвостзне неоднородности является одкяк пз источников дсфоркирзвсния земной корь. Количественная оценка втих деформаций и закономерностей кг пространственного распределения ыояет изучаться с помощьг специального анализа наблддёкного вола сила тяжести.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и доложены на Всесоюзной совегднии "Моделирование геологических структур на основе геолого-геофизических данных с целью ускорения поисков и разведки рудных полезных ископаемых" (Днепропетровск, 1986); 1У, У и 71 Всесоюзной пжоле-гскиняре "Теория и практика интерпретации потенциальных полей" (Алма-Ате, 1984; Лени-накан, 1ГГГ,; Ялта, 1Г-89); Всесоюзной конференции "Комплексные исследования глубинного строения РппедноЯ Сибири и обрамлягеих регионов" (Челябинск, 1986); Всесоюзном совещании "Интенсификация регионального геологического изучения территории СССР" (Свердловск, 1987); III Тихоокеанской сколе по кг рекой геслпти, геофизике и геохимии (Владивосток, 1987); научно-технической конференции "Ускорение научно-технического прогресса при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений" (Перль, 1?87); научно-технической конференции Тэккептского политехнического института (Ташкент, 1987); научно-техническом семинаре ВШЛГеофизики (Москва, 1987); Всесоюзном семинаре им. Л.Г.Успенского "Вопросы геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Москва, 1988; Алма-Ата, 1990); Всесоюзной школе "Погоды математической обработки геофизической инфощации" (Свердловск, IS88); Всесоюзной конференции "Геофизические методы изучения систем разломов земной коры и принципы их использования для прогнозирования рудных месторождений" (Днепропетровск, IS88); расширенном координационном совещании по оценке проведённых работ по изучению водозащитной толки в условиях Верхнекемского месторождения каливши солей и задачам дальнейгшх комплексных исследований (Березники, 1988); Международном симпозиуме * Глубинное строение Тихого океана и его континентального обрамления" (Благовещенск, 1988); научно-тсхнической конференции "Геофизические роботы при региональных к геологосъёмочных исследованиях на Урале" (Свердловск, IS89); Всесоюзном совещании "Методы и результаты изучения тектоносферл Советского Союза" (Иркутск, 1989); региональном совещании "Проблемы комплексного изучения водозащитно! толии на месторождениях калийных солей" (Березники, 1ССЭЬ

Реализация работа. Диссертационная работа является составной частью хоздоговорных и госбюджетных исследований, выполняемых на кафедре структурное геофаэики и геокартнрования в Свердловском горном институте ем. В.В.Бахрухева. Материалами для диссертации послу-

жили результата исследований, проводившихся по плану Мпнгео РСФСР (тема Г.1.1/102 (10)), по комплексной научно-исследовательской программе УрО All СССР "Недра Урала" (тема 12), по проблеме ГОНГ "Изучение недр Бешш а сверхглубокое бурение"(проблема O.b'O.GI, задание 02.05.Н),по "Программе комплексных исследований на Ра-падно-гУральском геодипаь-ическом полигоне". Номера госрегастраштс. хоздоговорных тем: 0I8500I7894, 0I87003868S, 0I8900I298I, 0I8S0026045.

Теоретические л практические результата диссертационной работы внедрены в Баженовской геофизической, Челябинской геологоразведочной п Уральской гидрогеологической экспедициях, в УПГО "Уралгеологпя", в ПО "Пермнефтегеофизшса", в Центральной геофизической в Центральной комплексной тематической экспедициях СВИТО "Севвостгеология", в ПО "Сильвинит" Минудобренлй СССР.

Материалы диссертации используется в курсе "Граййразведгга", па их основе создается новый курс "Введение в структурнув геофизику".

На основе теоретических п практических результатов геодипа-мического анализа гралитацзонного поля разработан способ прогнозирования месторождений пефтп я газа* В ГоскомпзобретениЗ подана заявка.

Основные положения диссертаций и ¡зло хеш в 22 початшг работах, в том числе в двух монографиях.

Объём работы е её структура«. Дасеертацшт состоит ив введения, песта глав г заклст Ш» и&йожегй на 243 страницах капано-' пвеного текста, содержат 70 рисунков, 7 таблиц в 8 приложений. Список литература вклхяаот 2Э6 источников.

Автор выражает признательность я благодарность всей* кто оказывал ему помощь а поддержку, - В.Б.Виноградову, В.Е.Каплону, Г.Г.Кассину, С.М.Кралаткову, Н.С.Кузнецову, В.Б.Писецкому, Е.П. Плюснин", В.В.Суворову, В.Н.йакову.

СОХЛРШШЕ РАБОТЫ

Изучение геологических структур не может быть полным, если не оценен механизм их формирования. Решение зтоЯ проблемы возможно только на основе широкого геодинамвческого анализа геолого-струк-турпой информации. D связи с этим Старостин В.И. (1988), например, предлагает дополнять морфологическую характеристику рудных структур новыми классификационными признаками, включающими петрофпзнчес-кие свойства среды, тср.:оданачичсскис условия структурообразова-шш, региональный геотектонический рогам, механизм деформирования, структурный парагенезис и полихронность палеотектонических обстано-вок.

Перечисленные признаки не являются случайными: петрофязпчеекпе свойства среды, термодинамика в региональная геотектоническая обстановка - это условия, в которах происходит формирование структура. Условия, в свою очередь, определяют механик,! деформирования пород, приводящий л. образованию структурного парагенезиса, как совокупности складчатых и раиришшх элементов, возникших в однем тектоническом pemie, Полихронность хе есть временная развертка процессов формирования структур. Таким образом, система признаков достаточно Полно характеризует геодинастческиЗ процесс формирования структур, централыпйм Моментом в изучении которого является оценка и анализ налряжё!шо-дефор.ированного состояния' среда.

В настоящее время для решения этой задачи используются различные методы: геологические» гесмеханические, геофизические, методы физического в чйслешю-айалвтпческого моделирования (Гзовский М.В., 1975; Старостин В.И., 1979; ймдиков B.C. н др.,'1987; Турчанинов H.A. и др., 1976j Проскуряков Н.М.j 1975; Баранский Н.Л. 1967; Курленя Ы.В. в др.» 1903; Гугерман В.Г., 1986; Лучицкий И.В. п др., IÖ77; Ракбарг X., 1970; Стояков С.С., 1977; Шерлан С.И. и др., 1383; Сегерлинд Л., 1979 в др.).

Применение геофивичееких. методов для оцепки напряаёпно-дефор-гшрованнох'о состояния среда основано на зависимости физсческих свойств пород 01 нагрузок. Впервые на это было обращено внимание Гзовсыш М.В» 3 отличие от геологических, геофизическими методами могут изучаться не только палеопапряженая (анализ анизотропии фв-згчеекзх полей), во и поля современных напряжений (регяиные наблюдения).

Поскольку под действием нагрузок происходит изменение всех физических свойств пород, то в принципе для оценки наиряхепий можно

использовать все геофизические методы. Практически же для этого наиболее успешно применяются сейсмические методы (от сейсмологических до сейсыоакустпчеСких), в значительно меньшем объёме электро- в ыагпгторазведка и совсем немного гравиразведка. Своеобразен и круг решаемых задач. Это либо изучение геодинамических явлений планетарного масштаба, либо изучение геодинамики месторождений, главным образом в связи с прогнозом горных ударов. Теоретические и методические разработки по применению геофизических методов для оценки на-прягёнпо-дефоротрованного состояния среда при решении региональных и поисково-разведочных задач крайне редки. Данная работа в какой-то степени восполняет этот пробел.

Целесообразность применения методов геофизики для изучения напряжений и деформаций, несмотря на существование других способов, обусловлена следующим объективным обстоятельством.

Теоретическим исследованиями Колмогорова А.П. (1941) и Фаляи-пова А.'5. (1961), геологическими результатам изучения разломов земной кори (Введенская U.E., 1973; Гамкрелидзё И,П., 1972; Доляц-кий A.B., IS78; Лобацкая P.M., 1987; Немец В., 1976; Тяпкин К.-5., 1982, 1986; Чебанепко И.И., 1977; Шаблинская П.В., 1977; Вульц С.С., IS73; üep.!2H С.И., 1977 и др.), экспериментами по дефорлированга образцов горных пород (Рац М,В., 1982*, Курилов М.Б., 1982; Садово-кий М.А., 1987 и др,) было показано, что процесс разрушения (раэ-ломо и структурообразование) на всех масатабиых уровнях протекает единообразно. Вещественный состав и структура среды играет при этом подчинённую роль, Няш,га словами, процесс разрушения автомоделей в, следовательно "трещйна- является микронопией разлома любого ранга" (Лобацкая.'РЛ!., ГС37).'ТебЯ6'!*5Ч«екпя срздГвтжгЗй о этиГГрЖту^" стоя как иерархическая последовательность блоков (отдельностей), размеры которых образует геометрическую прогрессию с показателей от 2. до 5 (Садовский М.А., 1987).

Поскольку поля напряжений земной коры определяются взаимодействием слагающих её структурных элементов - блоков, то и дда них характерно существование иерархических систем (Николаев П.П., 1978; Соболев Г.А., 1985; Осокина Д.Н., 1987; Вугин Р.К., 1985; Еатугпп И.М., 1988; Пономарёв B.C., 1987 а др.). Выявление этой иерархичности возможно габо путём использования различных ыаептабов осреднения исходных данных о напряжениях, либо путем изучения напряга-ний методами, измерения в которых выполняется га различных базах. Идеально э«и требованиям отвечают геофизические съемки различных

масштабов, поскольку она дают интегральные характеристики напряженно, соответствуйте разнил уровням осреднения, т.е. характеризуют пода напряжений различных рангов.

Саязуювдыи элементами между полем силы тяхести и деформациями среды являются плоткостные неоднородности, роль которих может быть двоякой: ощ либо формируются под действием наложений, либо сами служат источником напрякений и деформаций. Это обстоятельство и отражено в защ-мемы* положениях.

Напряжения, формирующие структуру, запечатлевается в ней благодаря деформированию й' разрушению ropimx пород в виде закономерного распределения локальных1'Объектов с аномальными плотностнымп свойствами, Анализ поля силы тяжбсти таких объектов позволяет оценивать механизм'образования структуры.

С точки зрения' грзйиЬтрии рсновнш параметром, характеризуют.! процесс деформирования, является дплатация (9) или относительное изменение объёма среды. Ощ может быть положительно» (разуплотнение среды) и ртри1щед]ьнай, (уплотнение среда) и обусловлена трешинсоб-разованием или закрытием пор а трещин,

' оксперимьнтальдае исследования, выполненные на образцах горных пород прд .рдзлачдо?; ВЦДаХ $ауру?еция (одноосное растяменве-сжатк«;, трёхосное г;еравнрмер)!00 сжатие' и др.) в широком диапазоне изменения величины (до п|>ед&ла Прочности, на уровне предела прочнос-

ти, §а предел«.; прочности), показывают, что ври напряжениях, превышающих продел упругостр породы, дилатация имеет устойчивую тенденцию jc увеличению,'"Осдовно0'й81|4енере 0 связано с запредельным де-форлиро ваннам В условиях трёхосного неравномерного сжатия, ' особенно, ест {щтружещяярявтся длительными (Стаь^огин А.И., К€е, IiC&, 1969; Новожилов IS65}'¿¿клашев И.В., 1988 и др.).

".' 'Время |<ак вазше2ши!1 геологический фактор оказывает существенное влияние на дефодлурование пород. Под действием постоянных сил деформация'рдегё? р.течением времена. Это явление называется ползучестью. Поскольку одним йз главкух механизмов ползучести является образование трёош, «о двлатация растёт со временем и при этом ре-згаме деформировездя.

Ползучесть сооюй? из дву* частей: из собственно ползучести и релаксации напряжен«5,«сiopdA представляет стремление среды к равновесию, Когда оно нарушается, часть упругой энергии переходит в работу против внешних сил, способствуя треш^нооб'разованию.Релаксацисн-

ное течение всегда заканчивается разрушением в, следовательно, уте-лечением днлатации. Особенность этого процесса заключается в том,чу-сн протекает з калокошнон слое вблизи поверхности i-öki рузкв (Понс!лг-pen , ТСГГ,]rff), гбразуя лгжилыше ^уплотненные зоны,

Нелечен:. 0 п^/.ет.-тея в сироких пределах; от долей процента до доствгшт в г.-ц,е случаев 20-30$. Наибольшей дилатацией характеризуется хтупкое рг spyLeHze, благоприятные условия которому сукест iji.T V части земной кори цоцностьп в перлие кглометры (Ста-

ростин B.Ii., 1Г75; Исай В.И., IS83; Николаевский В.Н., 1985; Рац И.}, I'jT-j Х".ндин Д., и г р.), TrRWi'flf,6pnrj('EaHKe и ни об^чщдау. и и земной коре распределяется неравномерно (!>лснвн U.B., 1970; Бало-усгр З.Л., Iff'1; ГзогсгрR M.B., IS75; Кногкнг Л.Д., КТО; Куралов ' И.К . .'/V-nrrv :--.!«., Iidl; лучгцкг.г 1!.3., If€7, 1973j НевскаЗ ¡".д., я др.), поэтому области проявления дулятещи являются ло-галидои.

Лвлатация растет с увеличением предела прочности пород, поэтсыу те из них, которые испытали вторичные структурно-деформационные изменения, характеризуются ыенызей Q . Дилатация уменьшается с ростом температуры и содержания норовой жидкости (Тсзмаиевская И.О.,1976; г влгинцев Л.И., РЛС; Воларовач U.U. а др., 1988 а др.).

Трешнообразование (дидзтационный процесс) приводят к изменена!)

плстнссти геолог«ческих объектон. Впервые это отметил Белоусов В.В, (If<*4. Детальные геолого-петрогрзДнческке исследованяя (Еелзченхо П. Л., ГС-Г7; Иередеко В. А., ГГГ"; Ггнтов 0,Г., 1968; Куддусов X.K.,' IVfA я др.) показали, что плотнгсть перед мейет изменяться на ( 0,01 0,-1) г/см3.

Особенность структурообразевания заключается в той, что морфология структур и зоны дклатацги закономерно связаны между собой. Кая-

дому типу структуры соответствует только ей присущее пространственное распределение днлатащонных зон, отвечающее механизму фондирования этой структуры.

Таким образом, локальность зон дилатацив, значительное вшенетае плотности пород в их пределах, пряуроченность к верхней частя вешог кори я связь с морфологяеа структур служат предпосылкою пргавнеяпл гравиметрии для ре-ления задачи об установления вовмохноП пряроди той «ли той структур".

Одним из важнейших факторов етруктуросбразования являются глубве-ные разломы: с движением блоков вдоль розломов связано накопление

упругой анергии и её разрядка, опредьляшве динамическую обстановку в пределах огромных территорий, Шерыан С.И, (IS83), введший понятие области динамического Елаяния разлома, оценивает её поперзч-ша размзры до первых десятков километров,

Рабохалш многих исследователей (Алейников А.Л., 197S; Белоусов В.В., IP&I; Бостонов E.H., 1982; Галибина И.В., 1—75; Дслцкай A.B., 1977; Згэдер Л.Н., IS7I; Кве* Р., 1082; Николаев H.B., IS73; Тяп-киз К.О., 1982; В.Е., Г975{ ЕЬбланскея H.B,, IS77; Иульц С.С., 1973; Чобаненко К.ИМ 1977 и др,) показано, что разлог/л распределены не хаотично, Они образуют системы, характергзуЕшзеся выдеркакяосгыо а зиму ice рростграния я расстояний мевду разлстгеми одного ранга. Г> зтоы факте многие усматриваю-! общепланетарную прсчЕку ¿армирования и развития разладов,

Прэдкис системности, 8 iai:m рассмотренный пиве прпнцпп евгаго-нодед^ЕОоти был? положены в осьову разработка схши х^с'гкшл разломов (ГР), Поскольку геологические объекты, для которых выполнен х;еодидааческвО аналие гравитационного поди, располагайся ъ рпсчкч-ных частях Урала и Приуралья, ао схема ГР построена на аерритсрии-совокупности структурам зон KW. на целее (восточная окраина 2сстсч-по-ЕцропеПскса плр.тф01мы, Предур&льскяй прогпб, Западно-Уральская зона складности, Цевтральво-Уральс^ре поднятие). Построение схевд ГР jie сглвадалооь с какой-либо геотектонической гипотезой, т.е.. она рассмотрена на феноменологическом уровне а в основном с гешеханв-ческсй точки врещш,

В пределах рассдатриваемоП территории было выделено пять ссстем взаимно орг-огональшх ГР с взздутвмя простирания 30-300°,

■10-310°, 50-320°, 60-330°, Наиболее стчетлгьо выракенд система иеэд-дЕОнальпкх в юиротнцх разлеков, нехоадихся в хорснш 'ссотвстствсц с ориентировкой гладких норг.шз>щх напряжений,действующих в регионе на протяжении неогея.

Из пранДипа автомодельноств вытекает иерархичность деформационных структур, ротору» кавболве отчетжпо удалось выявить для систем мерадро^аляшх и азфотных ГР; выдэлено два ранга меридиональных а три ранга ищротных разломов. Оки формируют блоху: прямоугольной форин, вытянутые в меридиональном направлении. Размеры блоксв различных рангов образуют геометрическую прогрессию с показателем близким двум. Так, блока, ограниченные разломами первого ранга, имеют размер (в среднем) 520^300 км, второго - 303x150'ш, третьего -(если бк удалось выявить меридиональные разлога этого ранга) 140x 70 кн.Яри наличи» гесздого-геофиасчесша (¿атериапов eocTsaxcx-

вуюцих масштабов зту последовательность (лоно продолжать а в сто-■ рсну блоков более выостпцс рангов,

Ей*яш гстрсса/. при изучении ГР являемся определенно времени вх заложения. Вследствие полицикличности расввтия и сильной перо-работки вещества земной кори время заложения разломов в пределах складчатого Урала устековливается не всегда однозначно. В платформенной те части Приуралья возраст ГР оценивается более уверенно благодаря нормальному залеганию осадочных толщ и полнаду их стратиграфическому диапазону о? рк£ея ;о верхнего палеозоя. Принципы системности и йв'/смо^йльности утверждают единство пространстЕенЕо-временных закономерностей разломообразования, Это послужило предпосылкой для экстраполяции ьремени заложения ГР из Приурзлья па Урал. Все системы ГР соотнесены с тремя этапа?.а развития земной коры: дорифейским, рифейским и фанерозойоким.

Одним из основных проявлений тектонической активности, досгуп-ных непосредственному наблюдению, являются современные движения земной кори. Поэтому изучение пространственных закономерностей дэ-формирования среды невозможно без исследования взаимосвязи уезду системами разломов и современными движениями. Анализ карт вертикальных движений и деформаций, составленных М, А, Боткиным и Р.В.Улз-тиным (1583)| показывает, что ансцзлыше значения этих параметров равномерно распределены по территории Урала и Приуралья (есз одно подтверждение принципа автомодельнооти); более 80$ аномалий градиентов скоростей и деформаций приурочены к зонам глубинных рззло-мов. Последний факт дает основание для выделения активных на современном этапе тектогенеза разломов и для прогнозирования в" о<1дас-тях их динамического влияния структур и разрывов более высоких рангов. Известно, что каждому кинематическому типу разлома соответствует свой структурный парагенезис (Стоянов С.С., 1977; Периая С.Ц. и др., 1983 и др.). Это особенно ваяно знать при геодипамзческои анализе поля силы тяжести.

В общем виде идею рассматривать свойства горных пород с учетом их генезиса высказал ещё в 1923 г. <?.Ю.Левинсон-Лессинг. О влиянии трешинообразованяя на плотность геологических объектов, одним из первых заговорил 3.В.Белоусов. А дилатациопный эффект,как аномалиеобразующий фактор впервые рассмотрел и количественно проанализировал В.А.Шередеко (1987). Но, несмотря на пионерское значение его исследований, они несут отпечаток односторонности. Области дилатациокного разуплотнения рассмотрены им только как источники

ачоизлвЗ-пшех, искажающих поля изучаемых объектов. Поэтому и подход к их истолкованию сводятся к тривиальному геологическому редуцированию.

Продолжая ату логическую цепочку, мы рассмотрели дилатацию в ео истинном смысле как результат геодпнамического процесса, как одну из форм проявления наитдаённо-деформироваяп;го состояния среды, дссгугного изучению гравиметрией, С этой целью было проанализировано несколько геологических ситуаций, различающихся механизмом фор-илровання плоткостных неоднородностей и реологической обстановкой, в которой оп реализуется,

Чуксанская разломная структура. Сна расположена на Пеном Урале л пространственно приурочена к Кочкарекой группе гракптных и гранк-товдних интрузий, С одним из глубинных разломов структуры субмерв--дгеналязой ориентировки связана серпентвнитовая прструзкя, имеющая з плане здиацадеокое сеченио, круто падающая на восток. Поле силы тяжести на профилях^пересекающих прогрузив, характеризуется знако-переиенной аномалией, отрицательные часта которой обусловлены ли-кейшши порами выветривания, Коры развиты в основном по нлеиаюижм породам а приурочены к контакту рротрузии. Следовательно,они образовалась 5 результате взаимодействия протрузки с вмещающей средой. Какова же природа ртого взаимодействия?

Иззео; „о, что корц штрЕшад возникают при релаксации напряжений, а ультрассдовныо породы внедряются в твердом состоянии на участках зешюЗ корн о интенсивными деформациями,

Сюряровапао прогрузив происходило в условиях регионального скагся- Это привело к поадпешш напряжений во вмещающих породах. Когда процзсс формирования завершился, началась релаксация напряже-нзй. Зонный характер этого явления и правел к образованию линейных кор.

Интерпретации отрицательных аномалий силы тяжести и данные бурения доказали, что наибольшую мощность кори имеют на расстоянии 250-300 ц от контакта протрузил с вмещающей средой. С удалением от зтвх отметок коры сходят на нет. Это соответствует пространственной закономерности релаксации напряжений. Процесс трешинообразовапия пр1 релаксации наиболее интенсивно протекает не вблизи разгружаемой поверхности (в данном случае зто контакт серпентинитов и вмеша-аззх дород), а на некотором расстоянии от неё в мзтг-.табильяой золе, с удалением от которой он затухает.

Таким обрасом, вероятной причиной об^&зевакйя хор является зон-

ная релаксация напрягеняй, возникших пря форлнровапии протрузиз. Исходя из этого била предложена геодпнамическая модель структуры в иг де трещины, развивавшейся под действием равнсмерного внутреннего давления. Расчёты, выполненные на оспове такой модели (Следдоп П., 1955), подтвердили возникновение значительных напрягеняй в среде, ем-" цаюдей протрузию я позволили в свое очередь объяснить:

а) причину образования системы разршзов в дпстальноЗ частя протрузиз, ориентированных под углом 40-45° к направлению её простирания. Положение разрывов совпадает с локальными участками максимальных касательных напряжений.

б) возрастание интенсивности магнитного поля по линейному загону с удалением от протрузип, так как с удалением от протрузпп по линейному закону убывают дифференциальные напряжения, изменяя мапгат-ные свойства пород (магиятоупругий эффект).

Среди разнообразных разрывов болъкоэ значение к.'еат сдвиги. Из аналитического обзора многочисленной литературы, посвяаённой различал аспектам сдвиговой тектоники (ГаовскиЙ М.В., 1975; Стоянов С.С., 1977; Гинтов О.Б., Исай В.М., IS83; Спенсер Э.У., 1983; Чуди Дтс. Д., Хилл М.Дж., i960; Юерман C.II., 1983; Соболев Г.А., 1980; Стаховская И.Р., 1988; Чаленко Д.С., 1970 п др.), следует, что

1) из элементов структурного парагенезиса в зоне сдвига наиболее отчетливо проявляются трещины отрыва в скола. Особешгасть их пространственного положения заключается в том, что они образуют ку-лисообразные последовательности близких по форме и размерам однотипных структур.

2) треисны отрыва и скола состоят из совокупности более мелких (перзпчных) трепан. Они повышают проницаемость и способствуют увеличению дилатации среды на всю мощность слоя, вовлеченного в сдвигание. По таким проницаемым зонам-каналам происходит внедрение о боль-иих глубин различных мата и флюидов.

3) проницаемые зоны располагаются главным образом в активней крыле сдвига.

4) строение сдвиговых зон одинаково на всех масштабных уровнях.

С точки зрения гравиметрии структуры скола и отрыва явллэтея

аномальными по плотности объектами и тогда, когда они выполнены каким-то субстратом, и тогда, когда это просто разуплотненные участей среды. В поле силы тяжести они картируются системами кулисообрззных локальных г.олохителъннх и отрицательных аномалий, близких по интенсивности и размерам. Форма аномалий в плане эллиптическая нла "S"-

образная; оси аномалий параллельны и образуют острый утол с направлением сдвыания. Наличие системы таких аномалий является устойчи-вт морфологическим признаком, позволяющим картировать зоны сдвига с определять их знаки (левый, правый),

Томинская ручная зона.Она является составной частью Биргиль-динско-Томинского рудного узла, расположенного южнее Челябинского интрузивного комплекса. Ширина зоны 3-5 км, длина по простиранию в северо-северо-западном направлении около 25 км. Структура установлена давно, но вопрос о е§ природе оставался без ответа.

Поле сала тяжести внутренних частей зоны характеризуется системой куласообразных отрицательных локальных аномалий,близких по интенсивности« Почт« все он* смещены к северо-восточному крылу зоны, вмеют аляептическую форму, длинные оси аномалий параллельны и образует угол около 40° о направлением простирания структура.

Результаты инт§рпрв*шяи и данные бурения показывают, что аномалии обусловлены »юлим» внтрузммн сильно раздробленных диоритов и кварцевых дяоритов, Цвнтрал1.ные цамщ тел птокообраэные, ях нижние кромки залегают на гдуб|Н9 Щ ПёрвИа километры» Все это указывает на 8начвтелъиу» ГДубИйу йахокдекйя вещества, из которого образовались интрувш?« .

ГрЕшущ! вовн отмечаются кули сообразными системами небольших по размерам полоятеаьйа магяиткнхансыалий * аномалий типа "грави-тащгонзая" оТуаень, иагн>тт(е ая<#елии ориентированы под углем 4045° к прос'ИграЭДп войы Ц по да»ШМ бурения обусловлены проплково-вкраЕлеякоЙ ю№врайзш^йматтита,раэвитой в трепшнах отрыва.

'Трамтещгсиаые* ступени обусловлены разрывами вэбросо-сбросо-вого характера, а*мцсор« готод4 падшрт на восток, придавая своеобразие явосм0Тр*Я Томврскоб вою»,

Осойенвсст| вяуТреййеГо строения воны, установленные главным образом на осной» результатов йнТероретации поля силы тяжести, хоро-ио согдасуются о заковомврномякя строения сдвигов. Поэтому Томинская зона ¿ала определена Шс Левосторонний сдвиг предположительно мелового возраста. На сдвиговую природу зоны указывают в результаты эпизодического изучения разрывов в керне« Знак сдвига соответствует геохронологжческой икало эволюции кляематш разрывов Урала (Плюс-нив К.П., 1983).

Следугщхй объект, сдвиговая порода которого также- была определена путем анализа гравитационного поля, характеризуется иными ре-мотеехпа свойствами.

Это Дурянскпй прогиб, развитый по кровле солей в пределах Взрх-некамского калийного месторождения. До нашх исследований генезис прогпба во многом оставался неясным. Особенность этой структуры заключается в её плановом совпадении с широтным разломом, который отнесен нами к категорий глубинных, входящим в описанную вшпе' систему ГР Урала я Пряуралья.

В поле сила тяжести прогиба была выделена кулйсообразпая цепочка локальных положительных аномалий, щеках в плане " 9 "-образную форму (с ними пространственно совпадает аналогичная система пат-пятных аномалий). Результаты интерпретация и данные бурения показали, что источниками аномалай являются логлльнцо погружена* з кровле солей, заполнешгаэ более плотным, чём соль» террпгеннкм материалом, Кая и аномалия, погружения ймеот '' 5 "-образную в плане форму, их длинные осп параллслыш, характеразуются северо-восточной ориентировкой и образуют с направлением простирания прогиба п разлома углы 10-20°,

Система кулисообразннх лекальных погрукеняй «огла сфорыпровать-ся в результате левостороннего одвйга, Даппаз повторных тгвелиро-вок (Елшвп МД., Улитнн Р.В,, 1983) указывал! на значительные де-форлацзи сдвига, имеющие место на линиях пересечены о Дурааскга глубинным разломом, по которому & происходит сдвзгавяй,

Сдвагообразоваиие, как отмечалось, сопровождается йнтвпепты трещипообразованием. Оно происходит не только в кристаллических, по и в осадочных, в частности* в соляйых породах (ДзеноЛятовскай А.И,, 1967; Бельтхгсов Г.В., 1970} Короткают Г.З., 1970.; Привалов' Л.А., 1971; Волков А.М., 1968 п др.),

Геологв (Валеев Р.Н., 1974 и др.) объяснят образовали локальных погружений в Дура иском прогибе кпюлачивапйем оолзй в основном подсолевнми водами, но не обменяют пространственную внборочйоеть этого процесса. Исходя пз доказанности сдвиговой природы прогиба* можно утв°рядать, что выщелачивание наяболее интепеявно ило таи,где в зоне сдвига формировалась сгСте?.а трепал отрыва н скола, проникавших в виде каналов на значительную глубину.

Таким образом, из анализа гравитационного поля г геолого-текто-нофизическнх данных следует, что Дурянскнй прогиб п глубиннаЗ разлом образуют единую геодппамическую систему, развитие которой во времени и определяет закономерности внутреннего строения прогиба.

Изучение двлатацгонных зол, выполненное нами а друггмя исследователям]!, показывает, что вапряжЗппов состояние среда, выраженное

в этой форме, не находдат однозначного отражения в поле силя тягости. Невозможно указать такие параметри аномалий A<j , которые бы достоверно указывали на то, что они обусловлены изменением плотности среды в результате действия напряжений. Исключение, пожалуй, составляют только сдвиговые структуры: куласосбразные системы лекальных аномалий являются устойчивым морфологи', ückeas признаком этих структур,

Возможность оценивать напряжённое состояние среды не г гиде ос ратной задачи, как в первом защищаемом положении, а в виде прямой сфо]мулирована во втором защищаемом положении.

Плотноотные неоднородности являются одним из источников дейор мирования вещоЗ коры, Количественная оценка этих деформаций и закономерностей вх пространственного распределения монет изучаться с помощью специального анализа наблюдённого поля силы тякостн.

Пожалуй, впервые предположение о том, что аномальные массы

• могут являться источниками напряжений, т.е. причиной тектогеяеза, была высказана Каратаевым Г,И. (1966) и Гзовским ¡,1.3. (1975). Поз же, Трубццнв А,П, (1973,1982) показал на простых моделях, что неоднородности в коре в мантии создают значительные напряжения, влк Bf ем ро?оцос нельзя пренебрегать при изучении геодинамики этих геосфер, К такому же выводу ирщши Маслов И.А. и Молчанов А.Е. (J9BQ,JS8"), выполнившир оценку напряжений к деформаций, обусловленных точечной массой, помешенной в однородном упругом полупрост ракстве, на ротору» действует вертикальная сила.

В настоящее время для оценки напряжённо-деформированного состояния среды, обусловленного её илотяостноВ неоднородностью, используются данные о фиктивном еле действг.ельйоы распределении масс (Ренкорп С,К., 1967; Маслов И. А., 1983). В рамках этого подхода более совершенный способ предложен Масловыы Л.А. CI988). Он основан на численном решении уравнения равновесия. Но во всех случаях анализа данные об аномальном поле силы тяжести использую-ся только как вспомогательные на этапе построения ллотностяой модели.

Нага рассмотрен более общий случай зависимости напряжёнко-де формированного состояния среды в поля силы тяжести. В основу положена известная в теория упругости задача Мнндлипа (Лурье A.M., 1Э55) о смещениях, вызываемых в однородном упругой полупространс во произвольно ориентированной сосредоточенной силой. В обобщённой ниде решена задача о смещениях, вызываемых в однородном упру

гом полупространстве произвольно ориентированной силой равномерно распределённой по объёму плотностной неоднородности, на форлу которой ограничения не накладываются. С вертикальней компонентой отождествлены гравитационные силы, с двумя горизонтальными - тектонические. Упругие модули полупространства и плотностной неоднородности приняты одинаковыми. _

Компоненты вектора смещений $ ( М , (Г , ЦТ), обусловленных гравитационными силами, определяются следующими выражениями:

Р^-^-С*,,] 1г = р[(<-г^с3-с31|]\м , !> (I)

где Р " ^Длк ' 3 -Укореняв свободного падения; -модуль сдвига; к. -гравитационная постоянная; ^ -коэффициент Пуассона; -гравитационный потенциал плотностной неоднородности; С* , С и • , , Си0 -некоторые безразмерные функции, зз-

висяшие от потенциала. Произведение этих функций на потенциал соответственно равно

С,« =

-яа

(2)

где ( + ) -избыточная (дефект) плотность, которой характеризуется неоднородность; V , сИ -объем и элемент объёма неод-

породности; X , JJ - координаты точек, з которых определяются смещения на плоскости наблюдения поля Ц ( I sO)j К,, ij( , 1, -координаш течек плотнсстасй неоднородности; К* -текущее расстояние маадг этим»! точками.

Выражение компонентов векторов смещений, обусловленных текто-плчеекими еяламг, имеет вид,аналогичный формула (I),

Компоненту вектора смещений (I) являются промежуточным результатом, Они служат только основой для вычисления по формулам Копи компонентов тензора чистой деформации

С - W , . <)1Г - _ QW

и ' Ч * ^ ' l* ~ 1г '

, <iu . <ar с an w. . w Ту TFT ■ *V"?i"* ^ '93

(3)

Практическая реализация задачи сводится к следующему:

1) равестннмп в гравиметрии способами определяется форма плот-нооткой неоднородности, поде деформаций которой предстоит изучить.

2) по рабдюдокному полю силы тяжести по методике Баранова В. (1080) рцчислдвтсз потенциал, Для вычисления потенциала поле йд перзсч?ТЧвае*ся «а квадратную ость размером 1x1 см в маситабе исходной щ у щвстшт..

3) яр формулам (8) определяются произведения безразмерных функций на пэтекцвм, при ВТОМ ядоткоотная неоднородность аппро-ксамвруетоя совокупностью прямоугольных параллелепипедов, что дает возмо*нооть порвить кратнооть интегрирования«

4) вычпо^яются частные производные смещений (I) по координатам * , 3 .я »семпоненты тензора деформаций (3) в заданных точках,' '

Б) компонента деформаций (3) обладают тем недостатком, что они аавйсят от системы координат, в которой решается задача, Недостаток устраняется путем вычисления известным в теории упругости способом главных вндчеявв И главных направлений деформаций, зависящих только от овоЙств дефораруемого тела. Три главных значения И девять направляющих кооинусов, характеризующих три главных направления, являются основной информация о напряжённо-деформированном состоянии среды, извлекаемой из результатов гравиметрических съёыоя в результате решения задачи.

Вира гения компонентов вектора смешений, описываете формулами (I), получены для линейно-упругой модели среды (тело Рука). Геодл-памические процессы, характеризуясь большой продолжительностью во времена, способствуют широкому рчзввтпв в земной коре пластических деформаций, течению горных пород в твёрдом состоянии. ГэодЕнами-честай подход к анализу гравитационного поля позволяет выполнять оценку временных изменений деформаций, Но решение этой задачи осуществляется ухе для иных модельных представлений о земной корз.

Обобщение реологических свойств земной коры (Дерягш Б.В., 1934; Кузнецова К.И., 1969; Магницкий В,А., 1965; Пшенников К.Б., 1965; Шерман СЛ., 1977 а др.) показывает, что её вещество в первом приближении ведёт себя как вязкая еидкость со свойствами реологического тела Максвелла. Этот вывод справедлив почти прз любых комбинациях физических условий (Кучай З.К,, 1977; Ризниченко D.B., 1976; Ушаков С.А., Красс М.С., 19721 -Зорхуген Дж., 1974; -Шсрлан СЛ., 1975 и др.).

Упруго-вязкие среды при мгновенно прикладываемых нагрузках ведут себя как упругие материалы. Но пря длительном нагругешш они обнаруживают вязкую реакцпо, которая является песбратпмой. Характерной особенностью максвелловскоро тела является то, что напряжения, необходимые для поддержания достигнутого уровня деформаций, со временем уменьшаются, т.е. релаксируют,

Дефорлациокные свойства упруто-вязклх сред змеют иного общего со свойствами ползучести. Эта общность пак на уровне отдельных образцов гор;шх пород, так и земной коры в целом, позволяет рассматривать упруго-вязкую модель как экспериментальную основу для разработки метода оценки временных изменений деформаций по поло силы тякестп.

Теоретической предпосылкой решения задачи слулит теория линейной наследственности, уравнения которой наилучшим образом описывают поведение сред со свойства!,га реологического тела Максвелла (Ра-ботнов D.H., 1948 и др.).

Общее уравнение линейного дефоргнрезаяия iштериала, характеризующегося наследственностью, смеет следующий вид:

8

где , -соответственно, деформация п напряжение; Е -мо-

дуль Юнга; К(t -X ^ -разностное .ядро ползучести; t -время.

Работнов D.H. обобщил-уравнение (4) на случай сложного напряжённого состояния и с формулировал очень важный принцип, названный им принципом Вольтерра, согласно которому можно решить любую задачу наследственности, если существует решение соответствующей задачи для линейно-упругой модели среды. Необходимо только в решении упругой задачи заменить модули Е , S . р' некоторыми временными операторами.

Формулами (I) описывается решение обобщённой задачи Мивдлина в линейно-упругой постановке. Выразим в этих формулах модуль сдвига р через коэффициент Пуассона и модуль Юнга - И- циТГ"* ражения модулей упругости в формулах (I) приобретут теперь следующие вид:

<М Utile«' UtiU>-2^

Е Е Е ЕЦ-Ч)

а соответствующие им временные операторы будут равны:

(г)

11L Ё

- ill_f ' Е I

И

jSri«-« t

1-J4

etft*)

^ilMdl-yifclli +

I £ V ÄM

14«-*.)

rtt-M

' eO-NVI

< +

Ш

(б)

где 1 -момент времени, для которого вычисляется деформация; Г (I - Л }, Г (2- ) - гамма-функция; м = (I- ; А. п $ -

параметра ползучести, определяемые экспериментальным путём на образцах горных пород или в натурных условиях по кривым ползучести. Параметр безразмерный, практически не зависит от типа гсрпой породы, при расчётах его величппа принимается равной 0,7. Размер-пость параметра 5 "время в степени Л -I".

Таким образом, чтобы получить выражения компонентов вектора смещений с учетом ползучести, необходимо в формулы (I) подставить временные операторы (6). Процедура вычисления компонентов тензора деформаций при этом остаётся прежней. Для времени t =0 модули (6) переходят в выражения (5), а смещения становятся упруго-мгновенными (I). Тот же результат получается и при 1> =0, т.е. в том случае, когда ползучести нет.

Из решения задачи Миндлина п обобщённой постановке следует, что компоненты смещений, а следовательно, и компоненты тензора деформаций выражаются через гравитационный потенциал и его прозз-всдные. При однородном намагничивании, как известно, связь между гравитационным к магнитил.» потенциалами определяется теоремой Пуйсеока. Совместный анализ этих двух результатов позволил полуг-чить важный и интересный в теоретическом отношении вывод о связз составляющих напряжённости магнитного поля с компонентами тензора деформаций;

И, "

РМ4

■(ЗсучаД е-**)

Нг-р^-ОН5») .

или, переходя к главным значениям деформаций:

17)

V^V^O ,[ (8)

л •* ^

где P = 3 -Ректор намагничивания; М^ , М L , Uj -полино

мы, которыми опрсцваются безразмерные функции (2).

Соотношения (7) и (8) названы нами магнитоупругш аналогом теоремы Пуассона,

Теорема Пуассона, как известно,получена из представления о том, Ч"о элементарными источниками магнитного поля являются магнитные диполи, существование которых экспериментально не установлено, Магнетизм горных пород обусловлен иным причинами. Поэтому не существует с физического объяснения причины связи меяду магнит ным и гравитационным потенциалами, Есть только математическая теория, которая цезду тем аироко используется для вычисления магнит них полей геологических объектов, давая правильные результаты.

С ei'vix позиций следует рассматривать в магкитоупрутаГ, аналог теоремы Пуаосона, Это математическое описание явления без вскрывг нил его сущности, Связь, установленная меаду магнитным полем и дс формациями среды, а мапштоупругий эффект могут стать тео-

ретической и вкспериыеатальной основой для разработки методики ^еодинамячей^ого ьналиёГ ífeHffirkbro полй.

Теория, и вытекавшая неё методика были использованы для и: Ченая полей дефоршций, обубЯййлакшх плотностноЗ неоднородность1 среды, на pata геологических объектов Урала.

Тагило-Кушввнсквй железорудный район. Все известные месторо донея в рудопроявледи? здесь связаны с Тагильским интрузивным комплексом. Поле сила тяжести района характеризуется крупной гра витационной аномалией, Интерпретация, выполненная автором совмес Яо с А.Б.Поляковым И В,Е,Каала|юм (1980,1983,1584), позволила су Зествевдо иямаяить представление о геологическом строении Таги ль кого комплекса. Аномалия бала объяснена плотностной неоднородностью, которую можно трактовать как плутон ульграйазитов, в то

время кян на геологической карте в мто.Ч частя района изображается несколько небольших тел ультрабазитов, составляющих так называемую Барапчлкскую группу.

Являясь основным источником аномалии, плутон должен оказывать и сусественное влияние на деформирование среди, характер которого играет важную рсыь при рудосбрззовапип.

Используя представления о форме плутона, даппые о физпко-мэ-хагалеских свойствах пород и результаты площадной гравикзтровоЯ съёмки маевтаба 1:50000, на весь Тагпло-Купвккскпй район в узлах квадратной сети (5С0х500 м) были вччпелены главные значения п главные направления дефорлашга.

Обсая характеристика поля дефорг.ацпП такоза. Первые два главных направления лехат в плоскости наб~удетш, а соответствующие е,' главные значения являйся растятапагпилг. Третье главное направление перпендикулярно плоскости наблг&ения, а соответствующее главное гнг.ченпе есть статие Пространственное изменение деформации подчиняется следувсей закономерности: поло депортации состогт пп двух полос?вытянутых в глсридпокзльнсм направления параллельно плутсну. В пэрвоР ьолосе гаргпой до 10 от,непосредственно примкяа-пздй к восточному контакту плутона,сеченгя поверхности деформации горизонтальной плоскостью представляют сильно вытянутые эллипсы (практически отрезки прямых), имеювнх мротнуг орнвптлрзлк7, До-фор.-ация здесь однородная, поэтому кэжно предполагать п однородный характер разрупенкя (проготцземоста) средн. И пак следствие, в этой полосе сосредоточен.! подавлдазм часть рудопроявлений района г только одно месторождение - Естюяипское.

ГГолэ деформаций второй полосы является аномальным: в сё нре-делпх печтп на 90° ваденяет ориентировку первое главное направление, существенно возрастает второе главное значетше и наиыеньпян для всего райспа становится третье главное значение. Все месторождения района: Гсроблагодатское, Галусвское, Осогано-Алексаяд-ровское, Лебязгнское, Еысокот-орскоз, а также малая часть рудспро-явлегаз? располагаются в этой аномальной зоне. Таксе совпадение ne нвяяется случайным. Многие исследователи отеечпэт особое мстслло-геккчес'коэ значение локальных участков семгой корт с впомальикл характеристикам поля дзфорящгй. Апсмальяое поле аномальное состояние среди, благопрлятстгугоео образовшгаю место-рояденвЯ, а пе рассеянной, вкраплзпноЯ минерализации.

Из анализа поля дефоркзцзй следует вывод о двухуровенпой

структуре Тагило-Кушвинекого рудного района: первый уровень отвечает рудному поясу, который характеризуется аномальными параметрами поля деформаций, второй - рудным узлам, в которых находятся месторождения.

Па территорию Естюнинсксго месторождения был выполнен более топкий анализ с вычислением дклатэцик и удельных энергий деформации объёма и Форш. Расчеты показали, что месторождению соответствует относительно невысокий уровень удельных энергий деформации и располагается оно в области с положительной дилатацией. Невысокий уровень удельных энергий предполагает и относительно невысокую склонность среда к разрушению. Отсвда следует вывод о том, что существует некоторая оптимальная проницаемость среды, наиболее благоприятная для рудообразованля.

При деформациях среды, обусловленных её плотностной неоднородностью, так же,как г под действием других причин, могут формироваться локальные зоны двлатационного разуплотнения. Одна из таких зон была выявлена на Ржяом Урале в районе Каменского массива.

Исследуемая территория сложена эффузивными, вулнаногенно-оса-дочяыми и терригенными комплексами пород различных возрастов, среди которых закартировано несколько гранитных массивов. Дефект плотности гранитов относительно вмещающей среда достигает (0,250,30) г/си^. Используя результаты гравгметровой съёмки масштаба 1:50000 по сегя 500x500 м, бша выполнены расчёты поля деформаций, которое затем было проанализировано совместно с другими гео-лого-геофиввчеокими данными.

По профилю, пересевающему один из массивов,были проведены детальные высокоточные измерения магнитного в гравитационного полей. Данные бурения я ровультаты интерпретации магнитного поля показывай, что восточный контакт массива практически вертикален, В гравитационном *д поле положению контакта соответствует впвцентр отрацатмьяой локальной аномалии интенсивностью 5,5 ыГал я играной около 5 км* По результатам вычислений здесь отмечаются наиболее интенсивные деформация растяжения в горизонтальной плоскости, сильная изменчивость главных направлений и пови-кевннв зедонош дадатацив, Это дает основание предполагать широкое раявдае в арвковтактовом блоке различных типов разрывов всввошяиых ор»ентяровох, которые должна приводить к существенному разуплотнению среды.

Из соотношения плотности гранхтов ж вмещающих пород дилатацкя

должна ^ыть около IE?. В скважине, пробуренной в I км к востоку от контакта массива, отмечается значительная разрушенность пород, большое количество зон трепяноватости, относительный объёи трещинного пространства оценивается в 12,

Такт/ образом, вероятной причиной своеобразия гравитационного поля колет быть разуплотнение среды под действием гравлтоЦгонпых сил. Поэтому плотность блска пород, прг.кыкагщего к массиву, в целом не соответствует плотности тех же пород, определённой по об-рэзпам. Отсюда следует, что плотность сроды и плотность образца этой сгеды - суть разные веши.- Следовательно, при экстраполяция свойств образцов необходило принимать во внимание те процессы, которые прогсходили в среде или из несоответствия этих свойств делать предположения о характере процессов, приведших в нему.

Оценка временных изменений деформации была проведена на примере Зерхяекамского месторождения калийных солей. Это обусловлено тем, что к настоящему времен; исследована ползучесть главным образом осадочных пород,

КЧная часть месторождения, для которой выполнялся анализ, заключена в "раму" из четырех глубннтых разломов: двух пяротпнх я двух меридпопяльяых, образующих в плане квадрат. Северным разломом является Дурилский сдвиг, западяый и югпый отпесеяы к сбросам, восточный - к взбросо-надвигу. Представления о пространств ином положения разломов к поверхности дорифейского фундамента. позво.лаля построить плотностную модель объекта. Используя результаты грави-метровой съёмки масштаба 1:100000, по сети 4x4 юл были вычислены сначала упруго-мгновенные значения деформаций, соответствуютэ моменту времени t =0. Второй расчёт был проведён для t =3*10® с (10 лет) и параметров ползучести < =0,7 и S =0,004. Параметр S определен пак среднее значение соответствующих параметров тех комплексов пород, которыми сложено месторождение, а время (10 лет) взято исходя "з максимальной продолжительности изучения ползучести на образцах.

Из сопоставления результатов расчётов следует, что за ннбрап-пый прстлехуток времени все три главных значения возрастают в среднем па 10-15*; ориентировка главных направлений при этом пе меняется. Первые два главных значения есть растягания, а соответствующее км главные поправления меридиональной и шпротной ориентировки легат в плоскости наблюдения. Третье главное значение - сжатие. Отсюда следует, что наиболее вероятным типом нарушений будут разрывы типа отрыва меридионального и широтного направления.

С'

Зачисление деформаций для территории Верхнекамского месторождения ыело не только методическое значение, но Е явилось составной частью проблемы изучения его тектоники. С этой целью были выполнены расчёты напряжений методом конечных элементов ддя серии разрезов, использованы денные физического моделирования в результаты картирования разрывов геофизическими и геоиндикационными методами.

Анализ совокупности втпх данных показывает, что в пределах месторождения под действием различных факторов должны формироваться разрывы четырёх систем: меридиональной, широтной и двух диагональных. Наиболее развитыми среди чих,по нашему мнению,являются раврывн меридиональной и северо-восточной систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследования, выполненные в диссертации, позволили, пожалуй, впервые я разведочной геофизике сформулировать проблему генезиса влотяоетннх неоднородностей эемной кори. Эта проблема имеет не только теоретическое, но в большое практическое значение, заключающееся прежде всего в том, появляется возможность давать в ряде случаев гипотетическую оценку механизмов формирования геологических структур*

2. Разработав метод решения проблемы, названный геодинамическим анализом гравитационного поля. Его вкспериментальную я теоретическую основу составляют современные представления о закономерностях деформирования торных пород (в частность^закон ав-томодельности) я обобщённая задача Миндлина, решенная для двух моделей среду: лпнейно-упругой к упруго-вязкой, Центральным моментом в главным результатом геодинамичеокого анализа является качественная В количественная оценка напряжённо-деформированного состояния среда, поскольку она оказывает оукественнсе влияние из процесса структурообравования и находит отражение в результатах измерения ноля силы тяхэотв,

3. В общетеоретическом плане оценка деформаций среды осуществляется путём решения прямой и обратной задачи. Содержание обратноЗ задачи сформулировано в первом защищаемом положении, прякой - во втором, Оояова обеих задач в данном случае различные, поэтому они не образует замкнутую систсиу, как бтс обычно имеет место в гео^вевко*

4. Геиеняе прямой задачв дает представление о деформациях,

обусловленных плотностной неоднородностью, находящейся л однородной среде. Реальная геологическая среда крайне неоднородная. Практически этот недостаток частично устраняется тем, что для вычисления деформаций используются наблюдённые значения поля силы тяжести. С помощью разработанной тгорп.ч моим, имея результаты режимных наблюдений гравитационного поля, оценивать не только палео-, но л современные деформации земной коры*

5. При решении обратной задачи изучается пространственное распределение остаточных деформаций - локальных зон /.илатацги, возникающих под действием напряжений в связи с процессами етрук-■гурообразованпя. Б качестве одного из мощных структурообразующих факторов рассмотрены системы глубинных разяомов.

6. Геодинамческий подход к интерпретации гравитационного поля позволил получить важшй результат о связп напряженности магнитного поля о компонентами тензора яяпрятений. Магнитоуиру-гий аналог теоремы Пуассона "огет стать теоретической основой для разрабокп методики геодинамическсго енализа магнитного поля наряду с уже кспользуемш для этой целп магнятострякцяоппнм эффектом.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАНПНХ ПО ТЕГ® ' ДИССЕРТАЦИИ

а) монография

I. Влияние механических напряжений на магнитные свойства ферромагнитных минералов ч горных пород/ Ред. ж. Изв. вузов. Геология и разведка.-!,?., 1986.- Дел. в ВИНИТИ,' ^488-583-153 с. ?„ Петрофззическиз метода поисков и изучения железорудных

г/.остороядэнЕЗ на 7рале/Пгохзз H.A., Ананьева E.!i., Васильев Г.П. к др; Под ред. Рыяего Б.П..-Сзерллолск, 1933.-228 с. б) статьи V. тезисы докладов •3. Изучение закономерностей размещения рудных полей в Ts-гкло-Кушвкяском железорудном района при ксмощи гзолэго-гзофизп--ческсго !лодзл7роБакия/Л1р1'.менеш,.е геофг,32ческих методов длч гзу-ченгя структуры рудных полей: Тез. докл. Республиканской гаучно-техрдчзехой конференции.-Свердловск, IS80, с.25-26 (соавторы Каплзн B.Ü., Поляков А.Б.).

4. Детальная хравиравведка и магниторазведка прв погекп?, рудных месторождений на Среднем 7рале (на примере Тагило-Куптанекого района)/Л1ртенеш'е геофизических методов при поисках и разведке глубокозалегаютах магнетитовых месторождений Тез.докл.

Территориальной научно-технической конференции.-Свердловск, IC-83, с, 14-15 (соавторы Поляков А.Б., Каплан В.2.).

5. Летальная гравкразведка и магниторазведка при псйсках рудных месторождений Урала (на примере Тагило-Куивинского района// Теория и практика геологической интерпретация гравитационных в магнитных аномалий: Тез. докл. п сообщений 1У Всесоюзной ежолы-семина-ра.-Алма-Ата, 1£Й4, т,2, с.7-9 (соавторы Каплан В.З., Поляков А.Б.).

6. Связь напряжённо-деформированного состояния среды с грави-тгционщш полем алотностной неоднородности/ Ред. ж. Изв. вузов. Геология а разведка.-М. ,1?85.-Деп, в ВИНИТИ 26,12.85,й896Г-В.-<9 с.

7. Распределение напряжений в однородном полупространстве под действием трёхмерных форм рельефа/Ре д. %, Язв. вузов. Горный яур-нал.-Сверп.ловск, 1986.-Деп, в ВИНИТИ 9,06.86 .14573-ВЯ6, сДЗ.

8. К физико-геологической модели разломной структуры/Л!оделиро-ваяхе геологических структур на основе геолого-гесфизических данных с целью ускорения поисков в разведки рудных полезных ископаемых; Тез. докл. Бсес. оовегцания,-Днепропетровск, ISS6, с.45 (соавтор Куз-нецол Н.С.).

9. Применение сплайя-функцг.й для описания поверхности геологических объзктов/ЛТргменение математических методов в ЭВМ при обработке информации на геологоразведочных работах! Тез.докл. Уральской конференции,-Свердловск, IS82, с. 55 (соавтор Крылатков С.М.),

1С, Применение сплайн-фунютй для описания поверхности геологических объвктов//Геофиеические методы поисков и разведки рудных я нерудшх месторождений. Шп, 12*. Measjrs, научи* темат. сборних,-Свердлоьск, 1986, с.61-55 (соавтор В,Б.Виноградов).

11. Теория е практика оценки напряжений с деформаций в связи с решением региональных отруктурно-гьолсгических эгдач/Л1нтенсифика-ция регаовольного геологического изучения территории СССР: Тез. докл. Всвс. оовещания.-ОвердлоЕСК, 1987, с.195 (соавтор Кассвн Г.Г.)

12. Теоретические предпосылки ивучешш нал ряже нно-деформгровар-есго состояния среды по поло сил« "тяжести//Геологля Тихого океана; Tes. дохл. III Тихоокеанской школа по морской геологии, геофизики в геохл ми .-Владивосток : ДВО АЛ СССР, 1287, ч.2, о Л 5-20 (соавтор Ввноградов В.£,).

13. Применение теории линейной наследственности для анализа ка-пркжбнно-дефораароваяного состояния средн//ГеофиБУческ1:с методы поисков я разведки рудных я Еврудних месторождений. Вып. 13*. Мехвуз. научи, темат. сСорпик.-Сверддовск, IS87, с.103-107 (соавтор Крылатков с,я. ).