Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Краткая геолого-геофизическая характеристика монголо-сибирского региона 18
1.1. Основные черты геологического строения монголо-сибирского региона 18
1.1.1. Геологическая изученность Монголо-Сибирского региона 18
1.1.2. Тектоническое районирование территории 26
1.1.3. Тектоностратиграфические единицы Монголо-Сибирского региона 28
1.2. Основные черты глубинного строения монголо сибирского региона по геофизическим данным 45
1.2.1. Гравитационное поле 46
1.2.2. Магнитное поле 51
1.2.3. Толщина земной коры 56
1.2.4. Толщина литосферы 58
1.2.5. Строение земной коры и верхней мантии Центральной Азии по данным поверхностно-волновой томографии 59
1.2.6. Строение земной коры и верхней мантии Монголо-Сибирского региона по телесейсмическим данным 62
1.2.7. Термальное состояние литосферы Центральной Азии 64
Выводы 67
ГЛАВА 2. Геолого-геофизические модели гранитных плутонов монголо-сибирского региона 70
2.1. Методика выделения и интерпретации гравитационных аномалий, связанных с интрузивными образованиями 72
2.1.1. Возможности геофизических методов при изучении морфологии гранитных массивов 72
2.1.2. Выделение аномалий силы тяжести, связанных с интрузивными образованиями 74
2.1.3. Методика количественной интерпретации аномалий силы тяжести 75
2.1.4. Достоверность результатов интерпретации 76
2.2. Гранитные плутоны агинско-ульдзинского района 81
2.2.1. Геолого-геофизическая изученность 81
2.2.2. Краткая геологическая характеристика 82
2.2.3. Плотность горных пород 87
2.2.4. Гравитационные аномалии, связанные с
гранитными интрузиями 88
2.2.5. Форма и размеры гранитных плутонов Агинско Ульдзинского района 94
2.3. Гранитные плутоны их-хайрханского района 101
2.3.1. Геолого-геофизическая изученность 101
2.3.2. Краткая геологическая характеристика 103
2.3.3. Плотность горных пород 108
2.3.4. Гравитационные аномалии, связанные с гранитными интрузиями 109
2.3.5. Форма и размеры гранитных плутонов Их-Хайрханского района 116
2.4. Гранитные плутоны эрдэнэтского района 121
2.4.1. Геолого-геофизическая изученность 122
2.4.2. Краткая геологическая характеристика 124
2.4.3. Плотность горных пород 130
2.4.4. Магнитная восприимчивость 134
2.4.5. Аномалии Буге и их природа 135
2.4.6. Количественная интерпретация аномалий силы тяжести 142
2.4.7. Строение верхней части земной коры Эрдэнэтского
района 148
2.4.8. Положение рудоносных малых интрузий эрдэнэтского комплекса в общей структуре района 153
2.5. Общие особенности формы плутонов и механизм интрузии гранитной магмы 156
2.5.1. Динамика становления гранитных интрузий 156
2.5.2. Становление гранитных интрузий и рельефообразование.. 170
ВЫВОДЫ 179
ГЛАВА 3. Геолого - геофизические модели гранитоидных «батолитов» монголо-сибирского региона 182
3.1. Особенности выделения гравитационных аномалий, связанных с крупнейшими плотностными неоднородностями земной корЫ 182
3.1.1. Геолого-геофизические особенности изостатически уравновешенных геологических структур земной коры 1 86
3.1.2. Декомпенсационные аномалии силы тяжести и их вычисление 188
3.1.3. Физический смысл декомпенсационных аномалий 191
3.2. Форма и размеры гранитоидных «батолитов» монголо-сибирского региона 195
3.2.1. Форма и размеры Ангаро-Витимского ареал-плутона (Россия) 195
3.2.2. Форма и размеры гранитоидных плутонов Хангай Хэнтэйского (Монголо-Забайкальского) района Монголии 218
3.2.2.1. Форма и размеры Хангайского гранитоидного плутона 221
3.2.2.2. Форма и размеры Хэнтэй-Даурского гранито-идного плутона.. 228
ВЫВОДЫ 238
ГЛАВА 4. Геолого-геофизические модели структурно-вещественных комплексов земной коры монголо-сибирского региона 244
4.1. Геолого-геофизические модели земной коры вдоль линий российско-монгольских геотрансектов 246
4.1.1. Методика геофизических исследований на Рос
сийско-Монгольских геотрансектах 246
4.1.1.1. Сейсмические данные 249
4.1.1.2. Гравиметрические данные 251
4.1.1.3. Магнитометрические данные 252
4.1.1.4. Плотность горных пород
4.1.2. Центральный Сибирско-Монгольский трансект 253
4.1.3. Восточно-Сибирский трансект 260
4.1.4. Восточно-Монгольский трансект 266
4.1.5. Байкало-Монгольский трансект 272
4.2 . Геолого-геофизические модели надвигов юга сибири и центральной монголии 278
4.2.1. Сейсмологические данные 278
4.2.2. Гравиметрические данные 2 82
4.2.3. Геологическая интерпретация сейсмогравиметрических данных 284
Выводы 290
ГЛАВА 5. Геолого-геофизические модели верхне мантийных плотностных неоднородностей монголо-сибирского региона 295
5.1. Региональные изостатические аномалии силы тяжести и верхнемантийные плюмы 297
5.1.1. Методика вычисления региональных изостатических
аномалий 297
5.1.2. Интерпретация региональных изостатических аномалий... 303
5.1.3. Достоверность результатов интерпретации гравита
ционных аномалий 307
5.2. Верхнемантийные плюмы в монголо-сибирском регионе 308
5.2.1. Плюмы и сейсмические данные о глубинных неоднородностях в мантии 308
5.2.2. Плюмы и сейсмическая анизотропия мантии 311
5.2.3. Плюмы и распределение полей позднекайнозойских
вулканитов 313
5.2.4. Сопоставление результатов интерпретации длинно волновых изостатических и осреднённых аномалий Фая
Монголо-Сибирского региона с региональными магнитными аномалиями 316
5.2.5. Образование кайнозойских верхнемантийных плюмов в Монголо-Сибирском регионе 319
5.2.6. Геофизические данные о пространсвенном соотношении стагнированной части Тихоокеанского слэба и верхнемантий-ных плюмов 321
Выводы 329
Заключение 331
Список литературы
- Основные черты глубинного строения монголо сибирского региона по геофизическим данным
- Достоверность результатов интерпретации
- Форма и размеры гранитоидных «батолитов» монголо-сибирского региона
- . Геолого-геофизические модели надвигов юга сибири и центральной монголии
Введение к работе
Актуальность исследований. Процессы, приводящие к изменению геологического
строения верхних слоёв Земли, к образованию месторождений полезных ископаемых, к
сейсмическим катастрофам, охватывают глубокие недра нашей планеты. Поэтому без
познания глубинного строения этих недр невозможен прогресс в фундаментальных
геологических исследованиях. Измеряя на дневной поверхности физические поля,
которые отражают особенности строения глубоких слоёв Земли, с применением
математического аппарата можно построить модели таких неоднородностей, в
частности, получить представление об их форме и размерах. В силу различных причин многие проблемы глубинного строения и геодинамики рассматриваемого района далеки от окончательного решения. К числу таких проблем в настоящее время относятся:
-
Масштабы и роль гранитоидного магматизма в геодинамике Монголо-Сибирского региона. Решить эти проблемы можно только в общем контексте геодинамического развития Центрально-Азиатского складчатого пояса, привлекая данные о возрасте гранитоидов и метаморфических процессов с привязкой их к определенным геодинамическим обстановкам, а также геофизические данные о глубинной морфологии гранитных плутонов и их объемах, характеризующих масштабы процессов магматизма.
-
Реконструкция истории аккреции Монголо-Сибирского региона. Решение некоторых вопросов этой фундаментальной проблемы предпринято на основе определения формы, размеров и пространственного положения крупных литологических комплексов в современной структуре земной коры, выделения террейнов и установления их геодинамической природы.
3. Мантийные плюмы и их роль в геодинамике Монголо-Сибирского региона. В
Байкальской рифтовой зоне и на сопредельных территориях Восточной Сибири и
Центральной Монголии развиты позднекайнозойские основные вулканиты, общий
объем которых сравнительно невелик, но которые обладают геохимическими и
изотопными характеристиками, позволяющими связывать их проявление с мантийными
плюмами. Вместе с тем, некоторые исследователи полагают, что эти особенности не
являются достаточно убедительными доказательствами наличия плюмов.
Существенную помощь в диагностике и локации мантийных плюмов может оказать
использование геофизических, в частности, гравиметрических, методов исследований.
От решения сформулированных выше вопросов зависит развитие представлений как о механизме формирования складчатых поясов с их метаморфизмом, магматизмом и металлогенией, так и о механизме образования континентальных рифтовых зон. Геолого-геофизические модели строения плотностных неоднородностей земной коры и верхней мантии, полученные автором с помощью интерпретации гравиметрических данных, должны приблизить исследователей к решению ключевых вопросов тектоники и геодинамики Монголо-Сибирского региона.
Цель исследования – оценка роли и масштабов проявления разновозрастного гранитоидного магматизма в процессах формирования континентальной коры, анализ закономерностей современного пространственного взаимоотношения террейнов, выделенных при геологических и палеогеодинамических исследованиях, диагностика и локация позднекайнозойских верхнемантийных плюмов на основе изучения плотностных неоднородностей земной коры и верхней мантии Монголо-Сибирского региона.
Научные задачи исследований, поставленные и выполненные для достижения цели работы:
– разработка механизма проникновения интрузивных тел кислого состава в верхние части земной коры на основе трёхмерных геолого-геофизических моделей гранитоидных плутонов Монголо-Сибирского региона;
– установление причин возникновения положительных форм топографического рельефа над гранитными массивами Монголо-Сибирского региона с позиций динамики становления последних под действием архимедовой силы;
– разработка методики вычисления гравитационных аномалий, создаваемых крупными плотностными неоднородностями земной коры и построение объемных моделей гранитоидных «батолитов» Монголо-Сибирского региона;
– выяснение пространственного соотношения литологических комплексов в современной структуре земной коры, характера разломов и морфологии крупных геологических тел (впадин, интрузивов, аккреционных клиньев) Монголо-Сибирского региона на базе комплексной интерпретации имеющихся геологических и геофизических данных;
– изучение надвиговых структур в земной коре Южного Прибайкалья, Западного Забайкалья и Центральной Монголии на основе выделения крупноамплитудных пологих надвигов вдоль сейсмического профиля, совпадающего с линией Байкало-Монгольского трансекта;
– диагностика верхнемантийных плюмов и определение местоположения их стволовых частей под литосферой Монголо-Сибирского региона с помощью трансформации изостатических аномалий силы тяжести;
– инверсия длинноволновых (региональных) изостатических аномалий силы тяжести с построением трехмерных моделей стволовых частей верхнемантийных плюмов Монголо-Сибирского региона
Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены
материалы автора, полученные им в процессе многолетних гравиметрических
исследований на территории Южной Сибири и Монголии. Использованы
результаты гравиметрических работ, выполненных под руководством автора
гравиметрическими отрядами ИЗК СО РАН, Совместной советско-монгольской
геофизической экспедицией (ССМГЭ) АН СССР и АН МНР и материалы
гравиметрических, магнитометрических и сейсмических исследований,
проведенных как специалистами ИЗК СО РАН, так и другими научными и производственными организациями.
С помощью разработанной в лаборатории комплексной геофизики ИЗК СО
РАН оригинальной методики вычисления изостатических аномалий силы тяжести
[Зорин и др., 1985; Cordell еt al, 1991], в которой предполагается, что
компенсированными являются не только топографические массы, но и крупные плотностные неоднородности верхней половины земной коры, построена карта «декомпенсационных» гравитационных аномалий. Эта карта использовалась для определения формы и размеров крупнейших гранитоидных плутонов, расположенных в Монголо-Сибирском регионе.
Для выяснения пространственного соотношения террейнов, характера крупных разломов и морфологии крупных геологических тел (впадин, интрузивов, аккреционных клиньев) использованы унифицированные легенды и осуществлена интерпретация всех имеющихся по исследуемому региону геологических и геофизических данных. При этом значительную роль играет знание формы и размеров вещественных комплексов, глубинная морфология которых может быть определена на основе интерпретации гравитационных аномалий, связанных с ними. Использование гравиметрических данных способствовало, прежде всего, уточнению, а в ряде случаев и установлению пространственных взаимоотношений между террейнами, слагающими исследуемую часть Азиатского континента. По российской части по имевшимся материалам (Геологическая карта…, 1977, 1982, 1992) вдоль Сибирско-Монгольских трансектов построены полосовые (шириной 100 км) геологические карты. Для бльшей, (монгольской), части территории полосовые геологические карты были составлены на основе обобщения материалов геолого-съёмочных работ масштаба 1:200 000. При их составлении учтены данные о возрасте отдельных геологических образований и их тектонических взаимоотношениях.
Для выделения региональных гравитационных аномалий, связанных со стволовыми частями верхнемантийных плюмов, были заново вычислены изостатические аномалии силы тяжести для Восточной Сибири и Монголии [Зорин, Турутанов, 2004]. В качестве исходных материалов использовались аномалии Буге с поправкой за рельеф [Зорин, 1971; Письменный и др., 1984; Степанов, Волхонин, 1969] и генерализованные (осреднённые скользящим окном с радиусом 15 км) высоты топографического рельефа [Зорин и др., 1982].
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Наиболее вероятным механизмом внедрения гранитов с образованием
положительных форм рельефа в Монголо-Сибирском регионе является
всплывание скоплений гранитной магмы под действием архимедовой силы.
Параметры становления интрузий обусловлены долговременной прочностью
земной коры, предельная величина которой соизмерима с долговременной
прочностью литосферы, вычисленной по изостатическим аномалиям на больших
территориях.
2. Декомпенсационные аномалии силы тяжести, освобожденные от
гравитационного эффекта глубинных компенсационных масс, в наиболее
«чистом» виде отражают влияние крупных геологических объектов,
расположенных в верхней части земной коры. Использование этих аномалий
позволяет существенно ограничить область решения геолого-геофизических задач
и получить качественно новую информацию о структуре литосферы.
3. Геолого-геофизические модели структурно-вещественных комплексов
Монголо-Сибирского региона способствовали решению ряда ключевых проблем
геодинамической эволюции этой части Азиатского континента, представленной
мозаикой блоков земной коры (террейнов), соединившихся между собой в
результате аккреционно-коллизионных процессов с образованием
крупноамплитудных надвигов в Южном Прибайкалье, Западном Забайкалье и
Центральной Монголии.
4. Инверсия длинноволновых составляющих изостатических аномалий силы
тяжести Монголо-Сибирского региона позволила выполнить диагностику и
локацию позднекайнозойских верхнемантийных плюмов, существование которых
предполагается под литосферой этой территории. Полученные результаты
согласуются с независимыми геолого-геофизическими данными.
Научная новизна и личный вклад автора. С использованием
гравитационных аномалий (Буге, изостатических и декомпенсационных) автором получены новые данные о морфологии крупных плотностных неоднородностей верхней половины земной коры и стволовых частей верхнемантийных плюмов Юга Восточной Сибири и Монголии. Эти данные послужили основой для уточнения глубинной структуры и особенностей геодинамики Монголо-Сибирского региона. Диссертация основана преимущественно на фактическом материале автора и его коллег. Большинство данных являются новыми, как по фактическому материалу для конкретных изучаемых объектов, так и по интерпретации.
Главные из результатов:
– определены главные черты морфологии гранитных интрузий региона, которые позволили сформулировать представления о геодинамике их становления;
– особенности формы и размеров интрузий Монголо-Сибирского региона согласуются с гипотезой становления гранитных плутонов под действием сил, создаваемых конвективной неустойчивостью. Становление этих интрузий происходит за счёт всплывания скоплений лёгкой магмы сквозь земную кору, которая в геологических процессах, длящихся многие миллионы лет, ведёт себя как вязкая жидкость;
– расчетами установлено, что по сравнению с другими возможными причинами, механизм образования «малых» форм рельефа за счёт изостатического всплывания кислых интрузий наиболее вероятен;
– с помощью декомпенсационных аномалий силы тяжести определены форма и размеры крупнейших гранитоидных плутонов Земли – Ангаро-Витимского, Хангайского, Хэнтэй-Даурского и построена серия геолого-геофизических разрезов и карт, отражающих положение этих «батолитов» в структуре земной коры Монголо-Сибирского региона;
– на основе интерпретации геолого-геофизических данных вдоль линий Сибирско-Монгольских трансектов построены трёхмерные модели земной коры Юга Сибири и Монголии, с помощью которых выяснено пространственное соотношение ряда террейнов и определена их геодинамическая природа;
– комплексная интерпретация с использованием геолого-геофизических моделей, построенных по гравиметрическим данным, позволила выделить в земной коре Монголо-Сибирского региона крупноамплитудные пологие надвиги протяжённостью в сотни километров;
– для территории Монголо-Сибиркого региона выполнена диагностика и локация кайнозойских верхнемантийных плюмов и построены геолого-геофизические модели их стволовых частей.
Практическая значимость работы. По результатам геолого-геофизических исследований на Российско-Монгольских трансектах составлены полосовые (шириной 100 км) геологические, гравиметрические и магнитометрические карты масштаба 1:1 000 000. построены геологические и геофизические разрезы земной коры, а также комплексные интерпретационные разрезы (с выделением разновозрастных террейнов), характеризующие особенности тектоники и палеогеодинамики региона (собственно трансекты).
Выявлены главные особенности геодинамического развития Саяно-Байкальской складчатой области, Монголо-Охотского пояса и складчатых сооружений Монголии в палеозое и мезозое. Результаты геолого-геофизических построений оказались полезными для металлогенического анализа, выполненного сотрудниками ИЗК СО РАН [Zorin, 1999], ГЕОХИ СО РАН [Spiridonov et al., 2005] и ГГУП Читагеолсъемка. Анализ показал, что бльшая часть районов золоторудной минерализации тяготеет к Монголо-Охотской сутуре в ее новой интерпретации. Установленная закономерность связывается с повышенной проницаемостью сутуры для рудопродуцирующих расплавов и флюидов, которые образуются в верхах мантии и низах коры.
Геофизические материалы автора по морфологии плотностных
неоднородностей верхней части земной коры использованы Дирекцией строительства БАМ при проектировании железнодорожного моста через р. Витим на Байкало-Амурской железнодорожной магистрали.
Практическое применение имеют полученные сведения о морфологических особенностях гранитоидных «батолитов», с которыми зачастую связаны разнообразные промышленные месторождения полезных ископаемых.
Полученные автором многочисленные данные о глубинной морфологии рудоносных гранитных интрузий Монголо-Сибирского региона свидетельствуют о том, что рельеф кровли их неэкспонированных частей на некоторой глубине образует подземные купола. К этим куполам приурочены месторождения эндогенных полезных ископаемых. Результаты этих работ были успешно использованы Министерством геологии Монголии для поисков новых месторождений редких и цветных металлов в Их-Хайрханском, Ульдзинском и Эрдэнэтском рудных районах Монголии.
Апробация результатов. Работа проводилась согласно планам НИР Института
земной коры СО РАН. Исследования, выполненные автором в ходе работы по
теме диссертации, поддерживались РФФИ и международными фондами:
международный грант «Granites of MOZ» INTASproject Ref. No. INTAS-92-4
(1992–1995), грант ISF № RLN000 «A Regional Geophysical Study of Southeast
Siberia Lithosphere» (1994–1995); грант РФФИ № 96-05-64006 «Строение земной
коры и палеогеодинамика Забайкальского сегмента Монголо-Охотского
складчатого пояса» (1996–1998); грант РФФИ № 99-05-64864 «Строение
тектонических покровов в Прибайкалье» (1999–2001); грант РФФИ № 03-05-64036 «Мантийные плюмы под Байкальской рифтовой зоной и её окрестностями» (2003– 2005); грант РФФИ № 03-05-79085 (проведение экспедиционных работ, 2005); грант РФФИ № 04-05-64850 «Ангаро-Витимский батолит: форма, размеры и геодинамические обстановки его становления» (2004–2006); грант РФФИ № 06-05-64117 «Строение земной коры и палеогеодинамика Саяно-Байкальской складчатой области и сопредельной краевой части Сибирской платформы» (2006– 2008); грант СО РАН (тема ВЭ-2-05-07. Экспедиционные работы, 2005); грант РФФИ № 06-05-65054 «Создание геолого-геохимической модели формирования Ангаро-Витимского батолита – гиганта (2006–2008). Исследования, проводимые автором, были поддержаны Интеграционным проектом СО РАН 6.17 «Корреляция геохимических характеристик магматических пород со структурой литосферы в зоне Центрально-Монгольского трансекта» (2006–2008) и проектами ОНЗ № 16.9 (2010) и № 7.7 (2009–2014).
Результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИЗК СО РАН, на многих российских и международных рабочих совещаниях, конференциях и симпозиумах. Основные из них: сессия МСССС (Иркутск, 1979); Всесоюзное совещание «Геологическая интерпретация гравитационных и
магнитных полей Востока СССР и Тихого океана (Хабаровск, 1983); Всесоюзное
совещание «Гранитогнейсовые купола» (Иркутск, 1983); IV Всесоюзная школа-
семинар «Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и
магнитных аномалий» (Алма-Ата, 1984); Всесоюзное совещание «Сейсмическое
районирование территории СССР и изучение сильных землетрясений» (Кишинёв,
1984); Всесоюзное совещание «Глубинное моделирование геологических структур
по гравитационным и магнитным данным» (Владивосток, 1985); Международное
совещание «Вопросы металлогении Восточной Монголии (Уланбаатар, 1985);
Международный симпозиум «Внутриконтинентальные горные области» (Иркутск,
1987); Всесоюзное совещание «Комплексные исследования глубинного строения
земной коры и верхней мантии Восточной Сибири» (Чита, 1987); Чтения памяти
Л.П. Зоненшайна (Москва, 1995); Научная конференция РФФИ (Новосибирск,
1996); Межведомственный тектонический комитет, ГЕОС (Москва, 1997);
Международный симпозиум по прикладной геохимии стран СНГ (Москва, 1997);
XXIII EGU General Assembly (Франция, 1998); International Geological Congress.
Florence (Италия, 2004); XXXVII Тектоническое совещание, ГЕОС (Новосибирск,
2004); Международная научная конференция «X Чтения А.Н. Заварицкого»
(Екатеринбург, 2004); Научные чтения памяти Ю.П. Булашевича (Екатеринбург,
2005); X Всероссийское петрографическое совещание «Петрография XXI век»
(Апатиты, 2005); Международная конференция «Перспективы развития
горнорудных регионов» (Днепропетровск, 2005); Всероссийская научная
конференця «Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды» (Иркутск, 2007); I-я Международная конференция «Граниты и эволюция Земли» (Улан-Удэ, 2008); Всероссийский симпозиум «Проблемы сейсмичности и современной геодинамики Дальнего Востока и Восточной Сибири» (Хабаровск, 2010); Международное петрографическое совещание «Крупнейшие магматические провинции Азии: мантийные плюмы и металлогения» (Иркутск, 2011); Международная конференция «Геобайкал–2012» (Иркутск, 2012); Всероссийское совещание «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса» (Иркутск, 2004–2010, 2012, 2015); Российско-монгольские конференции по астрономии и геофизике (Иркутск 2002, 2005, 2006, 2011; Улан-Удэ, 2004; Уланбаатар, 2003, 2014, 2015).
Публикации. Фактический материал и основные выводы диссертации изложены автором и с его участием в 167 научных публикациях, в том числе в 5-и монографиях (две в соавторстве), 62 публикациях в ведущих зарубежных (7 публикаций) и отечественных изданиях, включая журналы по Перечню ВАК, в 16-и учебных пособиях для высших учебных заведений а также в научных отчётах и материалах конференций.
Структура работы. Диссертация состоит из 5 глав, введения, заключения и списка литературы из 685 наименований. Полный объем диссертации – 401
Основные черты глубинного строения монголо сибирского региона по геофизическим данным
Геологическая изученность Монголо-Сибирского региона Монголо-Сибирский регион охватывает территорию, которая включает в себя Монголо-Сибирскую горную страну (в понимании Н.А. Флоренсова, [1978]) и Восточную Монголию, то есть Алтае-Саянскую и Саяно-Байкальскую горные области, хребты Монгольского и Гобийского Алтая, Хангайское и Хэнтэйское нагорья, а также высокие равнины Восточной Монголии. Монголо-Сибирский регион представляет собой исключительно интересную в геологическом отношении область, в строении которой принимают участие разнообразные по составу и возрасту образования, начиная от сильно метаморфизованных и дислоцированных древних и кончая современными. Географическое положение этой территории в пределах Азиатского материка благоприятно для решения ряда проблем тектоники, стратиграфии и металлогении как сопредельных, так и более удалённых от неё районов Земного шара.
Первые сведения о геологическом строении Сибири, по-видимому, связаны с исследованиями Д.Г. Мессершмидта, по приглашению Петра I изучавшего Сибирь в естественнонаучном плане (1720–1727 [Winter et al., 1962–1968]), в своих дневниках сообщающий геологические данные, в частности, о Западном Прибайкалье. Также необходимо упомянуть натуралиста и путешественника, академика Петербургской АН И.Г. Гмелина, который в 1733–1743 гг. изучал флору, фауну и минералы Восточной Сибири.
Вторая половина XVIII в. в России была ознаменована целым рядом научных экспедиций, организованных Академией Наук для собирания естественнонаучных данных. Среди исследователей этого периода крупнейшим является П.С. Паллас, приглашенный Екатериной в 1767 г. для организации экспедиции, имевшей целью всестороннее естественноисторическое и экономическое изучение России. Результатом путешествия по Сибири явилась его «Теория образования гор», созданная под влиянием наблюдения Алтая и Саяна, которые он считал величайшими горами на свете. Этот же исследователь, по-видимому, дал первые научные заметки о Монголии. В 1772 году он прошёл от низовий реки Селенги на юг до города Кяхта, затем направился в Даурию, дошёл до монгольской границы. Кроме Палласа, из других путешественников этого периода, следует упомянуть И.Г. Георги в 1772–1774 гг. [Georgi, 1775], который с 1772 г. проводил экспедиции в Забайкалье. Изучал рельеф, флору, фауну и геологическое строение региона, а также горнозаводское дело и полиметаллические месторождения.
В начале XIX в. открытие золотоносных россыпей дает новый импульс к изучению полезных ископаемых и развитию горного дела в Сибири. Исследование сибирских золотоносных районов впервые было предпринято русским путешественником и геологом Э.К. Гофманом в 1840-х гг. Несколько ранее, в 1829 г. состоялось путешествие немецкого минералога и кристаллографа, профессора Берлинского университета Г. Розе, в Сибирь, отчет о котором положил основание минералогии России.
В 1845 г. основано Русское Географическое Общество, в 1851 г. – его первое Сибирское Отделение в Иркутске. Деятельность нового Общества оставила очень крупный след в истории изучения Монголо-Сибирского региона, и для изучения геологии северной Азии его экспедиции были не менее плодотворны, чем снаряжавшиеся Академией Наук. Под эгидой Императорского русского географического общества проводились научные исследования широчайшего спектра – от геополитических и военно-стратегических до естественно-исторических и социальных. Командированный Русским географическим обществом в Южную Сибирь в составе Восточно-Сибирской экспедиции Академии наук, Г.И. Радде побывал в 1856 году в Даурии и на севере Хэнтэя, в 1857–58 годах в Малом Хингане, а в 1859 году в Восточных Саянах и на озере Хубсугул. Важным событием в исследовании Монголо-Сибирского региона была, например, экспедиция под руководством И.А. Лопатина в низовья Енисея (1865), который первым охарактеризовал геологическое строение Витимского плоскогорья. Работы И.А. Лопатина осветили строение северо-западной части сибирской платформы – с её палеозоем (площадь палеозоя Сибирской платформы таким образом значительно расширилась), прикрытым угленосными (тунгусскими) слоями и осадками мезозойской и бореальной трансгрессии.
Видным исследователем того времени являлся князь П.А. Кропоткин, работы которого, в основном, касались орографии Сибири (1875). В 1865 он путешествовал по северному склону Восточного Саяна, где впервые обнаружил следы древнего оледенения и вулканизма. В 1866 он исследовал Патомское нагорье и Витимское плоскогорье (Олекминско–Витимская экспедиция Русского географического об-ва). Великий исследователь Сибири и Центральной Азии Г.Н. Потанин совершил 8 экспедиций в Монголию, Китай, Тибет, (1876–1886) некоторые из которых длились более двух лет. Следующим в этом ряду можно назвать Н.М.Пржевальского (его первая Центральноазиатская (Монгольская) экспедиция длилась с ноября 1870 по октябрь 1873).
Крупнейшими исследователями геологии Сибири второй половины XIX в являлись А.Л. Чекановский (1874) и И.Д.Черский [18861,2], давшие наиболее обширные и ценные материалы по стратиграфии и тектонике Сибири. Если А.Л. Чекановскому мы обязаны основанием современной стратиграфии Сибири, то главнейшей заслугой И.Д. Черского является построение ее тектоники. Та общая концепция, которая заложена была этим гениальным самоучкой, развитая и иллюстрированная позднее Зюссом, многие годы служила направляющей идеей для исследования Сибири [Борисяк, 1923]. И.Д. Черским были установлены две системы простираний складчатых структур древнего комплекса – байкальская и саянская.
Конец XIX и начало XX в. характеризуется новым оживлением интереса к изучению геологии Монголо-Сибирского региона в связи с началом постройки Сибирской железной дороги. С 1891 г. начинаются систематические геологические работы вдоль линии строящейся железной дороги, имевшие задачей геологическую съемку в пределах стоверстной полосы в целях изучения строения местности, заготовки строительных материалов для нужд железной дороги, а также поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, главным образом, каменного угля, не только внутри указанной полосы, но и на сопредельных территориях Монголии.
Достоверность результатов интерпретации
Поэтому количественная интерпретация связанных с ними магнитных аномалий не позволяет получить представление как о форме гранитного массива в целом, так и о конфигурации отдельных частей его контакта со вмещающими породами. Применение электроразведочных методов (профилирование и ВЭЗ) для изучения подземной геометрии плутонов обычно не эффективно из-за слабого и неустойчивого различия гранитов и вмещающих пород по удельному электрическому сопротивлению. В некоторых случаях электропрофилированием удаётся оконтурить зону развития роговиков, окружающих гранитные плутоны. Были попытки определить с помощью ВЭЗ глубины кровли гранитов на участке, где она погружается под вмещающие породы. Однако полученные результаты в отдельных местах вызывают сомнение из-за сложной формы кривых зондирований, причинами которой являются, видимо, как слабая дифференциация разреза по сопротивлению и наличие негоризонтальных границ раздела, так и сравнительно резкая расчленённость рельефа, обычная в районах развития мезозойских гранитоидов.
Опыт применения сейсмических методов для определения формы и размеров гранитных массивов в Забайкалье и Монголии, к сожалению, слишком мал [Литвиновский и др., 1992]. Радиометрические методы в силу своей специфики содержат информацию об очень тонком слое горных пород и в принципе не могут быть использованы для изучения глубинного строения интрузивных тел с дневной поверхности.
Лучшим геофизическим методом для изучения морфологии гранитных плутонов, прорывающих разнообразные складчатые толщи Забайкалья и Монголии, является гравиметрия. Сравнительно небольшой, но стабильный по величине недостаток плотности гранитов относительно вмещающих пород обеспечивает существование над крупными телами гранитов отрицательных аномалий силы тяжести, которые надёжно фиксируются при средне- и крупномасштабных гравиметрических съёмках. Следует отметить, что в условиях Дальнего Востока, Казахстана и Карелии кислые граниты также создают заметные гравитационные аномалии. Количественная интерпретация последних с учётом геологических данных позволяет получить приближённое представление о форме и размерах плутонов.
Для изучения глубинного строения интрузивных тел автором использовались гравитационные аномалии в редукции Буге. Получены они в результате обработки материалов среднемасштабных гравиметрических съёмок с плотностью наблюдений 1 пункт на 4–8 км2. Точность определения аномалий Буге составила ± 0,6–0,8 мГал. Применённая автором методика гравиметрических съёмок не отличалась от общепринятой. Для определения природы локальных аномалий необходимо сопоставлять гравитационное поле с геологическими данными. Если денудационный срез глубок и выходы интрузивов соответствуют общей площади кровли плутона или её значительной части, то изоаномалы гравитационного поля приближённо согласуются с контурами массива, выявленными в процессе геологического картирования. Но в большинстве случаев денудационный срез неглубок и на земной поверхности обнажаются лишь апикальные части небольших по площади выступов кровли плутонов. В такой ситуации в пределах общей аномалии, соответствующей всему интрузивному телу, выделяются локальные экстремумы высокого порядка, совпадающие с выходами интрузивов. Установление подобных закономерностей в совокупности с данными денситометрии позволяет однозначно выделять аномалии, связанные с интрузиями.
Если тело интрузивных пород не имеет выходов на поверхность, природу аномалий можно установить с той или иной достоверностью, исключая возможность её соответствия другим перечисленным выше объектам. При этом необходимо использовать всю информацию, содержащуюся в геологических картах. Так, существование на глубине «слепого» гранитного массива может прямо подтверждаться наличием зон развития роговиков, даек и эффузивных покровов, близких по составу и возрасту к изучаемым интрузиям. Позднемезозойские впадины и синклинальные структуры вмещающих граниты толщ, которые создают мешающие аномалии, обычно достаточно надёжно выявляются в процессе геологических съёмок. При определении природы отрицательных гравитационных аномалий необходимо учитывать вероятность того, что современные депрессии, в пределах которых картируются только кайнозойские отложения, унаследованы от позднего мезозоя. Так как мощность слабо уплотнённых позднемезозойских осадков в них может оказаться значительной, им могут соответствовать интенсивные гравитационные минимумы. Поэтому следует уделять внимание соотношению местоположения и простирания современных депрессий и отрицательных аномалий.
После того, как перспективные аномалии опознаны на гравиметрической карте, их необходимо количественно отделить от аномалий-помех, имеющих другую природу. При отсутствии дополнительной информации о пространственной форме геологических объектов эта операция возможна лишь в случае, если аномалии различаются по ширине и горизонтальным градиентам, т.е. по своим спектрам. В приведенном примере «полезные» аномалии являются локальными. Например, минимумы, наблюдаемые над депрессиями, соизмеримы с ними по ширине. При взаимном наложении таких аномалий разделить их невозможно. Однако совместный анализ гравиметрических и геологических карт показывает, что подобное наложение сравнительно редко. Чаще встречается такая ситуация, когда минимумы, связанные с гранитами, осложнены региональным фоном, который создаётся особенностями глубинной структуры и плотностными неоднородностями вмещающих пород. Аномалии регионального фона более широки и пологи в сравнении с «гранитными». Поэтому предположение о линейном изменении регионального фона по коротким профилям, секущим гравитационные минимумы поперёк их вытянутости, видимо, не вызовет больших погрешностей. Система взаимно увязанных таким способом профилей использована для построения схем локальных аномалий силы тяжести, связанных с интрузивными образованиями.
Форма и размеры гранитоидных «батолитов» монголо-сибирского региона
К северо-востоку и юго-западу от рассматриваемой аномалии расположены участки с почти неизменяющимися по площади значениями силы тяжести. Уровни поля на этих двух участках близки между собой. В подобных условиях предположение о линейном изменении регионального фона не должно внести сколько-нибудь заметных искажений при выделении локальной аномалии.
Группа мелких выходов гранитов, расположенная юго-восточнее Ухурнурского массива практически не отражается в гравитационном поле. Не отмечаются отрицательные аномалии и в зоне развития небольших гранитных массивов, которые протягиваются от этой группы в юго-западном направлении. Все эти массивы, относимые А.Х. Ивановым к мезозойским интрузиям первого типа, видимо, имеют чрезвычайно небольшие объёмы. Гравиметрические материалы не позволяют полагать, что они, подобно интрузиям Ималкинской группы, сливаются на глубине в единое крупное тело гранитного состава. Однако не исключена возможность, что такое тело всё же существует, но сложено оно главным образом гранодиоритами, не отражающимися в гравитационном поле. В западной половине центральной части района, вдоль границы с Россией, в северо-восточном направлении протягивается отрицательная аномалия силы тяжести (см. рис. 2.3). В своей осевой части эта аномалия осложняется четырьмя минимумами высокого порядка. В районе минимума, расположенного в верховьях пади Бырка, на поверхности обнажаются граниты Дурулгуевского массива, что прямо указывает на «гранитную» природу аномалии. Два западных минимума наблюдаются в зоне развития верхней эффузивной толщи верхней юры и нижнемеловых базальтов. Однако приведённые выше расчёты показывают, что сама толща кислых эффузивов юры не может создавать столь интенсивных аномалий. К тому же для рассматриваемого района характерна блоковая структура. В отдельных блоках, попадающих, кстати, и в центральные части минимумов, обнажаются палеозойские песчано-сланцевые образования. Гравитационное поле на коротких интервалах при переходе от этих приподнятых блоков к участкам развития эффузивов юры и мела не изменяется. Поэтому указанные минимумы, являющиеся фрагментом единой отрицательной аномалии, не могут быть связаны с позднемезозойской впадиной. В подобных условиях кислые верхнеюрские эффузивы на площади более широкой отрицательной аномалии косвенно указывают на существование на глубине крупного тела гранитов, близкого по времени становления к этим образованиям (часть магмы могла излиться на поверхность). Таким образом, можно полагать, что вся протяжённая отрицательная аномалия соответствует крупному интрузивному телу, а наблюдаемые в её пределах локальные минимумы, видимо, создаются поднятиями его кровли. Судя по конфигурации изоаномал, это тело на северо-востоке соединяется с Ималкинским массивом, а на юго-западе протягивается за пределы исследованной площади. В южной части района работ, в окрестностях пос. Чулун-Хорот, наблюдается сложная отрицательная аномалия силы тяжести (см. рис. 2.3). От рассматриваемой выше Ималкинской аномалии она отделяется обширным и пологим гравитационным максимумом. С юга к ней примыкает зона повышенного поля, распадающаяся на отдельные максимумы. Западное ограничение аномалии не изучено. На северо-западе её контуры выражены недостаточно чётко, и здесь она практически сливается с отрицательной аномалией, наблюдаемой над подземным продолжением Дурулгуевского плутона. Центральная часть описываемой аномалии в плане имеет форму, близкую к неправильному треугольнику, от восточного угла которого ответвляется узкая полоса пониженного поля. В пределах своей центральной части аномалия осложнена тремя гравитационными минимумами; четвёртый отмечается на её восточном ответвлении. Одно из этих локальных осложнений поля силы тяжести расположено в районе пос. Чулун-Хорот, где судя по наличию штоков и даек гранитов, к поверхности приближается апикальная часть интрузии. В 12 км к северо-западу от него фиксируется второй гравитационный минимум, в пределах которого развиты кварц-полевошпатовые дайки, несущие оловянное оруденение. По-видимому, в указанном месте тело гранитов также приближается к поверхности. В данной геологической обстановке объяснить наличие гравитационного минимума другой причиной не представляется возможным. Третий минимум, расположенный в 9 км к западу от пос. Чулун Хорот, наблюдается над участком развития основных эффузивов верхней юры.
Последние образования не могут создавать заметных гравитационных аномалий, и этот минимум, видимо, также соответствует гранитному куполу. Наконец, в районе четвёртого минимума. фиксируемого в восточном ответвлении рассматриваемой отрицательной аномалии, на небольшой площади развиты кислые эффузивы верхней юры. Минимум несколько смещён относительно поля эффузивов, однако их пространственная близость может указывать на наличие тела гранитов на глубине. Таким образом, можно предположить, что последняя сложная отрицательная аномалия также соответствует единому интузивному телу, выступы кровли которого отражаются гравитационными минимумами второго порядка. Необходимо отметить, что восточная оконечность этой аномалии (точнее, замыкание её восточного ответвления), возможно, искажена наложением гравитационного эффекта позднемезозойской депрессии, расположенной в нижнем течении р. Дучи-Гол. Здесь развиты кластические отложения нижнего мела, мощность которых неизвестна. Поэтому форма модели поперечного сечения интрузивного тела в этом районе может быть искажена. В остальных местах рассматриваемой площади зоны развития отложений нижнего мела не совпадают с районами предполагаемого развития гранитных интрузий на глубине. Минимумы, связанные с нижнемеловыми депрессиями, гравиметрией не фиксируются. Схема локальных аномалий, создаваемых гранитными плутонами, приведена в соответствии с изложенными выше результатами качественного анализа гравитационного поля. Главные профили, на которых изменение регионального поля предполагалось линейным, были ориентированы преимущественно поперёк вытянутости. Однако, в связи со сложной конфигурацией гравитационного
. Геолого-геофизические модели надвигов юга сибири и центральной монголии
Однако часть разломов отмирала, другие разломы подновлялись, а некоторые образовывались заново. Поэтому не всегда возможно прямо соотнести то или иное геологическое явление (образование лавового потока, внедрение интрузии) с той сетью разломов, которая картируется в настоящее время. Однако во многих случаях связь с разломами представляется очевидной. Примером является линейное расположение порфировых интрузий вдоль линии, имеющей северо-западное простирание. Наконец, во второй половине кайнозоя, территория центральной Азии в целом подверглась новейшей активизации, в результате которой образовались сводовые поднятия, представляющие основу современных горных систем. В неотектоническом плане район работ расположен на северо-восточном склоне обширного Хангайского поднятия [Геология…, 1973 б; Turutanov et al., 2004; Турутанов, 2012 а].
Ст ратиграфия. Наиболее древние осадочные породы встречены в ксенолитах нижнепалеозойских гранитов на левом берегу Орхона. Представлены они кристаллическими, доломитизированными известняками и прослоями известковистых и серицит-хлоритовых сланцев. Эти породы условно относятся к кембрию-позднему докембрию (см. рис. 2.11).
На интрузивных породах, слагающих фундамент Орхон-Селенгинского прогиба, залегает урмугтэйульская свита, относимая к каменноугольной системе (см. рис. 2.11). Небольшие выходы урмугтэйульской свиты картируются на левобережье р. Орхон. Она представлена песчаниками, алевролитами, гравелитами, конгломератами небольшой мощности. Хануйская серия (P1–P2) образует основной объем наполнения Орхон Селенгинского прогиба. В ее составе выделяются три толщи (снизу вверх): осадочно-вулканогенная андезитовая, осадочно-вулканогенная андезит 128 риолитовая, вулканогенная андезито-базальтовая (см. рис. 2.11). Для основной части пермских эффузивов характерна субщелочная тенденция. Нижняя толща (P1hn1) сложна андезитовыми порфиритами, туфами андезитового состава с прослоями туфоконгломератов и туфопесчаников. Редко встречаются прослои базальтов, риолитов и туфов основного и кислого состава. Туфогенноосадочные породы слагают не менее 30% объёма толщи, местами их доля увеличивается до 55%. Мощность толщи варьирует от 500 до 1 500 м. Средняя толща (P1-2 hn2) залегает согласно на нижней. Она представлена в своей нижней части преимущественно эффузивами кислого состава и их туфами. В середине её разреза появляются прослои андезитов, их туфов и андезито-базальтов. В верхней части разреза количество средних и основных эффузивов значительно возрастает. По оценке Д. Оролмаа, во всей средней толще туфогенные породы составляют около 40 %, вулканиты основного и среднего состава – около 25 %, кислого состава – около 35 %. общая мощность толщи оценивается в 1500–2000 м. Туфогенные породы слагают не более 10 % объёма свиты. Мощность свиты составляет 1700 м. Необходимо отметить, что все пермские эффузивные и эффузивно-осадочные породы подвергнуты зеленокаменному изменению. Этим они отличаются от залегающих на них с несогласием триасовых и триасово-юрских образований [Turutanov et al., 2004; Турутанов, 2012 а].
Абзогская свита (T2-3ab) представлена песчаниками, алевролитами, конгломератами. В её основании залегают конгломераты, содержащие гальку верхнепермских гранитов. Полная мощность абзогской свиты достигает 2200 м. В районе работ она развита в значительно меньших мощностях на его крайнем юго-востоке. Могодская свита (T3–Jmq) относится к орхонской серии (см. рис. 2.11). Развита эта серия преимущественно в восточной части Северо-Монгольского вулканического пояса. Сравнительно небольшое по площади поле могодской свиты картируется в центральной части района работ. Свита, в основном, представлена трахиандезитами, трахиандезито-базальтами, трахиандезитовыми порфитами. Встречаются прослои туфов среднего и основного состава, риолитовых и трахириолитовых порфиритов, конгломератов, песчаников. Как и 129 пермские эффузивы, триасово-юрские вулканогенно-осадочные породы относятся к субщелочным. Мощность свиты изменяется от 650 до 1700 м. Кайнозойские формации представлены наземными базальтами, развитыми на левобережье р. Орхон, и рыхлыми образованиями. К последним относятся делювиальные и пролювиальные образования, которые маломощным плащом (до 1–3 м) покрывают большую часть территории. В долинах рек развиты аллювиальные отложения, мощность которых не превышает 10–15 м. В данном случае не рассматривается состав кайнозойских образований, так как в силу малой мощности они не могут создавать заметных аномалий для гравиметрической съёмки данного масштаба.
Интрузивные породы. Кроме пород этих комплексов, слагающих крупные тела, некоторыми исследователями в районе выделяются среднетриасово нижнеюрские и юрские малые интрузии и субвулканические тела. Объём мезозойских интрузивных образований невелик. Так как они не создают заметных аномалий силы тяжести, описание их не приводится. Среднекембрийско-ордовикский комплекс (Pz1) интрузивных пород образует основание Орхон-Селенгинского прогиба. Эти породы развиты в южной части территории в бассейне р. Орхон (см. рис. 2.11). Выделяются две фазы этого комплекса. Первая фаза представлена породами среднего и основного состава. Среди них преобладают диориты, местами встречаются габбро-диориты. Породы первой фазы слагают изолированные массивы – ксенолиты, размеры которых достигают иногда нескольких километров, среди гранитоидов второй фазы. Основной объём второй фазы представлен гранодиоритами. Иногда наблюдается отклонения в среднем химическом составе до кварцевых диоритов и плагиогранитов.