Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Предпосылки для разработки геолого-геофизической прогнозно поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля и принципы ее конструирования . 9
1.1. Предпосылки для разработки геолого-геофизической прогнозно поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля. 9
1.1.1. Состояние проблемы прогноза коренных месторождений алмазов на севере. Восточно-Европейской платформы 9
1.1.2. Краткий геологический очерк и петрофизические характеристики горных пород Зимнего Берега и прилегающих территорий севера Восточно-Европейской платформы 18
1.1.3. Геолого-геофизическая изученность и используемые материалы 27
1.2. Принципы конструирования геолого-геофизической прогнозно поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля 33
ГЛАВА 2. Структурная позиция Зимнебережного кимберлитового поля в элементах глубинного строения севера Восточно-Европейской платформы 43
2.1. Информационная база и методика исследований 43
2.2. Тектонические структуры, определяющие позицию Зимнебережного кимберлитовогополя . 48
2.3. Геофизические неоднородности литосферы севера Восточно-Европейской платформы, определяющие структурную позицию Зимнебережного кимберлитового поля 61
2.3.1. Характеристика верхней мантии по геофизическим данным 61
2.3.2. Характеристика земной коры по геофизическим (сейсмическим) данным 78
2.4. Аномальные особенности потенциальных геофизических полей и результаты их интерпретации 85
2.5. Структурная позиция Зимнебережного кимберлитового поля. 104
ГЛАВА 3. Глубинное строение Зимнебережного кимберлитового поля . 116
3.1. Используемые материалы и методика проведения исследований. 117
3.2. Характеристика аномальных особенностей гравитационного и магнитного полей Зимнего Берега 118
3.3. Характер распределения скоростных параметров в разрезе земной коры Зимнего Берега 131
3.4. Глубинная структура Зимнебережного кимберлитового поля 136
Заключение 154
- Принципы конструирования геолого-геофизической прогнозно поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля
- Тектонические структуры, определяющие позицию Зимнебережного кимберлитовогополя
- Геофизические неоднородности литосферы севера Восточно-Европейской платформы, определяющие структурную позицию Зимнебережного кимберлитового поля
- Характеристика аномальных особенностей гравитационного и магнитного полей Зимнего Берега
Введение к работе
Актуальность работы определяется необходимостью совершенствования критериев и методики прогноза алмазоносных кимберлитовых полей с целью рационального размещения поисковых работ на коренные источники алмазов в условиях севера Восточно-Европейской платформы. При этом следует подчеркнуть, что актуальным является разработка прогнозно-поисковой модели именно алмазоносного кимберлитового поля, т.к. именно этот таксон обеспечивает переход от собственно региональных (м-ба 1:2 500 000-1:1 000 000) прогнозных работ, базирующихся, в основном, на достаточно косвенных признаках, непосредственно к поисковым работам, сосредоточенным на относительно локальных площадях.
Европейский север России в настоящее время является одним из наиболее перспективных регионов на обнаружение коренных источников алмазов. Кимберлитовый (лампроитовый) магматизм, в том числе и алмазоносный, проявлялся здесь неоднократно и связан с четырьмя - рифейской, венд-кембрийской, средне-позднедевонской (среднепалеозойской) и пермо-триасовой, эпохами тектоно-магматической активизации Восточно-Европейской платформы (B.C. Щукин, А.А. Колодько, 2001). При этом, промышленно алмазоносный кимберлитовый магматизм пока установлен только на Зимнем Берегу Белого моря и связан со среднепалеозойской эпохой тектоно-магматической активизации. Прогноз и поиск новых месторождений алмазов на Европейском севере России является одной из самых приоритетных задач, ставящейся перед российскими геологами.
Цель исследований — разработка геолого-геофизической прогнозно-поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля с позиции системного подхода - как составного звена в принятом на сегодняшний день иерархически соподчиненном ряду минерагенических таксонов — субпровинция, зона, поле, группа тел («куст), тело.
Достижение этой цели потребовало решения следующих основных задач:
выявление физико-геологических неоднородностей, определяющих позицию поля в глубинном строении севера Восточно-Европейской платформы и связанных с кимберлитоконтролирующими субпровинцией и зоной;
выделение физико-геологических неоднородностей, характеризующих непосредственно глубинную структуру кимберлитового поля (связанных с формированием и развитием в мантийно-коровой толще кимберлитообразующей
5 системы) и позволяющих распознать его среди других структур платформы, а также определить его естественные границы;
выделение физико-геологических неоднородностей, характеризующих
особенности глубинной структуры поля и играющих роль в локализации групп («кустов»)
кимберлитовых диатрем в его пределах.
Научная новизна исследований определяется следующим:
впервые разраоотка геолого-геофизическои прогнозно-поисковой модели
Зимнебережного кимберлитового поля проводилась с позиции системного подхода - ее
конструкция состоит не только из элементов, присущих ей самой, но и включает
компоненты, свойственные как выше стоящим (субпровинция, зона) так и нижестоящему V
(группа тел) по ранговости (в минерагеническом ряду) минерагеническим таксонам;
разработка геолого-геофизической прогнозно-поисковой модели Зимнебережного
Щ кимберлитового поля реализовывалась в режиме сопоставления, увязки и корректировки
большой совокупности разноплановой и разномасштабной геолого-геофизической информации, доступной для широкого пользования;
данный подход позволил выявить ряд коррелирующихся межлу собой устойчивых геолого-геофизических признаков (прогнозно-поисковых критериев) кимберлитовых субпровинции и зоны (определяющих структурную позицию Зимнебережного кимберлитового поля), элементов гетерогенной кимберлитообразующей системы, формирующих глубинную структуру Зимнебережного кимберлитового поля в целом и контролирующих локализацию групп кимберлитовых (и родственных им по составу) тел в его пределах.
установленные элементы конструкции геолого-геофизической прогнозно-поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля имеют четкие границы и могут быть воспроизведены в других регионах на базе обобщения и интерпретации мелко-среднемасштабных опубликованных и фондовых геолого-геофизических материалов.
Практическая значимость исследований определяется использованием геолого-
. геофизической прогнозно-поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля при
разработке критериев прогнозирования коренной алмазоносности и их применением при
проведении прогнозно-поисковых работ масштаба 1:2 500 000 - 1:200 000 в
алмазоперспективных регионах.
6 Защищаемые положения:
1. Зимнебережное кимберлитовое поле расположено в пределах Кольско-
Беломорской кимберлитовой субпровинции и структурно связано с Кольско-Полтинской
кимберлитоконтролирующей зоной северо-западного простирания. Субпровинция
соответствует блоку мощной литосферы с пониженной гипсометрией кровли верхней
мантии и повышенной гипсометрией поверхности докембрийского кристаллического
фундамента, фиксируемому положительной региональной аномалией поля силы тяжести.
Кимберлитоконтролируюшая зона выделяется линейной малоамплитудной депрессией в
кровле верхней мантии, заполненной образованиями гранулит-базитового слоя земной
коры с повышенными скоростными характеристиками и полосовой зонально построенной
(в крест ее простирания) среднечастотной аномалией поля силы тяжести.
2. В пределах кимберлитоконтролирующей зоны Зимнебережное поле расположено
на юго-восточном фланге Кольско-Кулойского ядра протокоры, проявленного сочетанием
среднечастотных положительной гравитационной и отрицательной магнитной аномалий,
и контролируется узлом пересечения северо-восточной бортовой части Керецкого грабена
Беломорского авлакогена с зонами глубинных разломов в борту Мезенской си неклизы
субмеридионального и северо-восточного простираний.
3. Глубинная структура Зимнебережного кимберлитового поля определяется
субвертикальной областью преобразования мантийно-коровой толщи размером в
поперечнике 60x85 км, связанной происхождением с формированием и развитием здесь
гетерогенной кимберлитообразующей системы. Элементы кимберлитообразующей
системы проявлены совокупностью разноглубинных физико-геологических
неоднородностей с контрастными по отношению к вмещающей среде сейсмическими,
плотностными и магнитными параметрами; в потенциальных геофизических полях
отражаются в виде характерной аномальной области, что позволяет определить
естественную границу кимберлитового поля.
4. Локализация групп кимберлитовых тел Зимнебережного поля контролируется
погребенными на глубине 2-4 км ареалами базит-гипербазитового магматизма (размером в
поперечнике 10-25 км), сочетающимися со сквозными зонами повышенной
проницаемости кристаллического фундамента и осадочного чехла. Ареалы
характеризуются комплексными положительными аномалиями локальных составляющих
гравитационного и магнитного полей. Зоны повышенной проницаемости выделяются
аномалиями горизонтального градиента поля силы тяжести и узкими (3,0-1,5 и менее км)
7 зонами положительных высокочастотных аномалий магнитного поля и аномалий повышенной электропроводности.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались непосредственно автором на Всероссийском совещании «Алмазы и алмазоносность Тимано-Уральского региона (Сыктывкар, апрель 2001 г.), на юбилейном заседании, посвященном 70-летию Объединения «Центргеология» (ноябрь 2003 г.), научно-практической конференции «Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее» (Санкт-Петербург, май 2004 г.), в отделе управления благородных металлов и алмазов ГТУТПИ бывшего Мингео СССР, на заседаниях секции геологии и геофизики Ученого совета ЦНИГРИ. Кроме того, материалы диссертационной работы вошли в 12 коллективных докладов: в 10 докладов, представлявшихся в 2000-2004 годах на Всероссийских геологических совещаниях, и в 2 доклада, представлявшихся на Международных 30-ом геологическом конгрессе (Китай. 1996 г.) и 6-ой конференции (г. Новосибирск, 1995 г.).
Результаты исследований вошли в качестве основных глав в 15 тематических и
договорных отчетов, выполненных в рамках тематики ЦНИГРИ. «
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ.
Реализация работы. В основу диссертации положены материалы исследований, проведенных автором в отделе геологии, методов поисков и экономики месторождений алмазов ФГУП «ЦНИГРИ» в 1980-2004 гг. и направленных на изучение особенностей размещения кимберлитового магматизма и прогноз коренных месторождений алмазов на севере Восточно-Европейской платформы и в других регионах РФ.
Разработанная геолого-геофизическая прогнозно-поисковая модель Зимнебережного кимберлитового поля наряду с другими факторами была использована в ЦНИГРИ (при участии автора) для разработки критериев прогнозирования алмазоносных кимберлитовых полей. Данные критерии применялись в ЦНИГРИ при проведении прогнозно-минерагенических исследований масштаба 1:2 500 000,1:1 000 000,1:200 000 в пределах Европейской части РФ, ее Центральных и Северо-Западных регионов, в которых автор принимала непосредственное участие. По результатам этих исследований построены карты прогноза коренной алмазоносности соответствующих масштабов и разработаны типовые легенды для подобного рода карт. Выделенные на этих картах перспективные на коренные источники алмазов площади послужили обоснованием для
8 переоценки (в 2002 г.) прогнозных ресурсов алмазов по Российской Федерации. Кроме того, разработанные в ЦНИГРИ критерии прогноза коренной алмазоносности используются ЗАО Концерном «Росснедра» при проведении прогнозно-поисковых работ на коренные источники алмазов масштаба 1:200 000 в пределах ряда площадей (Калужской, Смоленской, Брянской, Унечской, Воронежской) Центральных регионов РФ.
Объем и структура работы. Диссертация объемом 165 страниц, состоит из введения, 3 глав и заключения, содержит У& рисунков, 3 таблицы и список литературы, включающий 92 наименования.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю
д.г.-м-н. Ваганову ВИ. за организационную и научно-методическую помощь в подготовке
работы, завотделом геологии алмазов канд.г.-м.н. Голубеву Ю.К. за большую
ф организационную помощь в подготовке защиты диссертации, канд.г.-м.н. Фельдману А.А.
(под руководством которого проработала более 20-ти лет), зам. зав. отдела Ковалевой Л.А., инженеру 1-й категории Ушаровой А.Б., ведущему инженеру Воронцовой Н.Н. за помощь в оформлении иллюстраций и графических приложений.
Принципы конструирования геолого-геофизической прогнозно поисковой модели Зимнебережного кимберлитового поля
Согласно положениям классической минерагении [41] при любых трактовках природы рудообразующих процессов в каждом из них выделяются три взаимосвязанных и сопряженных в пространстве и времени отрезка: отделение рудного вещества от источника, перенос транспортирующими агентами, отложение и накопление в местах рудолокализации. Рудообразующим процессам эквивалентны рудообразующие системы, объединяющие источники вещества, транспортирующие агенты и месторождения. Реализация рудообразующих процессов и функционирование рудообразующих систем возможны лишь при соответствующем энергетическом обеспечении взаимодействия между источниками, транспортирующими агентами и областями рудонакопления.
С этой позиции алмазообразующая система, как и всякая другая, также должна объединять указанные элементы рудообразующего процесса. Отличительной же чертой алмазообразующей системы является то. что основные ее элементы сопряжены только в пространстве и разорваны во времени. Образование алмазов (рудного вещества) и перенос их кимберлитовой магмой-транспортером к поверхности - месту рудореализации, рассматриваются большинством геологов-алмазников как два независимых разобщенных во времени процесса.
Структурно-геологическим эквивалентом такого минерагенического таксона, как алмазоносное кимберлитовое поле, является область разгрузки глубинного очага генерации кимберлитовой магмы — область развития (в мантийно-коровой толще) алмазонесущей кимберлитообразующей системы.
В принятом в настоящее время среди геологов-алмазников [13] последовательном ряду прогнозно-минерагенических таксонов - кимберлитовая провинция, субпровинция, зона, поле, группа («куст») тел, тело, кимберлитовое поле расположено между таксонами кимберлитовая (кимберлитоконтролирующая) зона и группа («куст») кимберлитовых тел. С позиции системного подхода это означает, что конструкция прогнозно-поисковой модели кимберлитового поля должна состоять не только из элементов, присущих ей самой, но и включать компоненты, свойственные кимберлитоконтролирующим зонам и группам («кустам») кимберлитовых тел, как вышестоящему и нижестоящему по ранговости минерагеническим таксонам.
Под кимберлитоконтролирующей минерагенической зоной понимается линейная высокопроницаемая структура древнего заложения, неоднократно активизирующаяся и контролирующая процессы коромантийного энергомассопереноса [13]. То есть, кимберлитоконтролирующая минерагеническая зона - это структура, которая контролировала размещение глубинных очагов магмогенерации и способствовала выводу кимберлитовой магмы из глубоких мантийных недр на поверхность. Однако в последнее время среди зарубежных и российских исследователей наиболее распространена система прогноза коренных месторождений алмазов, в основе которой лежит постулат о том, что, поскольку алмазы значительно древнее вмещающих их пород, собственно алмазы, а также алмазосодержащие кимберлиты и лампроиты формировались в ходе абсолютно не связанных между собой разорванных во времени процессов [91, 92]. С этой точки зрения алмазосодержащие кимберлиты и лампроиты не являются коренными месторождениями алмазов в строгом смысле слова и представляют собой лишь транспортирующую среду, выносящую фрагменты дезинтегрированных первично алмазоносных пород верхней мантии на поверхность. Следовательно, геолого-геофизическая прогнозно-поисковая модель алмазоносного кимберлитового поля, помимо кимберлитоконтролирующих минерагенических зон, должна включать элементы, связанные со структурами (.ой), в пределах которой в архее было возможно образование первично алмазоносных пород и в контурах которой алмазы могли сохраниться в ходе последующей тектоно-магматической эволюции. Данные алмазовмещающие структуры совместно с кимберлитоконтролирующими зонами должны определять структурную позицию алмазоносного Зимнебережного кимберлитового поля.
Анализ минеральных включений в алмазах и минералов алмазоносных ксенолитов показывает, что алмазы формировались в интенсивно деплетированном (преимущественно гарцбургитовом) перидотитовом мантийном субстрате с линзами эклогитов, преимущественно в архее. Образование алмазов происходило при давлениях 50-60 кбар и температурах 900-1400С, характерных для верхней мантии на глубинах 150-200 км. Одна группа гипотез связывает образование алмазов с окислением астеносферных углеводородов во время прохождения флюидного потока через верхнюю мантию [45, 46]. В этом случае гарцбургит образуется как тугоплавкий остаток после выплавления коматиитов Другая группа гипотез предполагает попадание углерода в мантию в процессе субдукции [45]. В архее преобладала малоугловая субдукция, что позволяло деплетированной океанической литосфере достигать границ континентальных ядер на глубинах 150-200 км, соответствующих полю стабильности алмаза. Предполагается, что в условиях аномально высокого архейского геотермического градиента сочетание низких (относительно) температур и высоких давлений, необходимое для образования алмазов, достигалось лишь в результате быстрого тектонического "захоронения" относительно холодных пород при малоугловой субдукции. Наиболее подходящим субстратом для субкальциевых гарцбургитов были графитсодержащие метасерпентиниты. После архея скорости субдукции уменьшились, и малоугловая субдукция ограничивалась отдельными участками исключительно быстрого схождения плит или субдукции молодого океанического ложа.
Исходя из геотермобарометрических построений, можно полагать, что под архейскими кратонами изотермы погружаются, а фазовая граница графит-алмаз приобретает выпуклость кверху. В результате под архейскими кратонами образуется линза пород с аномальными свойствами, которая ограничена сверху границей графит-алмаз, а снизу границей литосфера-астеносфера. Такие линзы, окруженные по латерали более горячими породами астеносферы, получили название алмазоносных мантийных корней [13] (рис. 6).
Петрологическая модель алмазоносных мантийных корней, согласно которой литосфера под архейскими кратонами более холодная и деплетированная, чем в примыкающих частях верхней мантии, подтверждается геофизическими данными. Они показывают, что литосфера в пределах древних континентов имеет повышенную (относительно средней) мощность. Так, по результатам сейсмической томографии установлено, что под архейскими провинциями Супериор и Слейв на Канадском щите имеются глубокие мантийные корни с повышенными скоростями сейсмических волн. Поскольку корни гравитационно устойчивы и должны, следовательно, состоять из более плотного материала, постольку повышенные скорости сейсмических волн подразумевают более низкую температуру корней по сравнению с примыкающими участками более горячей астеносферы, что совпадает с петрологической моделью.
Тектонические структуры, определяющие позицию Зимнебережного кимберлитовогополя
Наиболее распространенный взгляд на структурную позицию Зимнебережного кимберлитового поля сводится к следующему: Зимнебережное кимберлитовое поле расположено на северо-западе Русской плиты (вблизи восточного побережья Белого моря) в области сочленения ее с Балтийским щитом, где оно приурочено к области рифейского рифтогенеза, сформировавшего значительный по масштабам Беломорский (Кандалакша-Двинский) авлакоген северо-западного простирания, активизированный в палеозойское время [3].
Как уже отмечалось выше (в главе 1), в качестве тектонических структур-индикаторов реликтовых блоков древней алмазоносной мантии могут рассматриваться архейские кратоны (геоблоки) с возрастом кратонизации не моложе 2 500 млн. лет, не подвергавшиеся после этого крупным тектоно-термальным событиям.
Структуры кристаллического фундамента Зимнего Берега, исходя из общего тектонического плана севера Восточно-Европейской платформы и геофизических данных. находятся на юго-восточном продолжении сформированных в позднем архее и в различной степени переработанных в раннем протерозое литосферных блоков Балтийского щита Кольского полуострова. В настоящее время среди геологов-тектонистов не существует общепринятой концепции строения и эволюции как литосферы Балтийского щита в целом, так и различных структур в пределах Кольского п-ова. В диссертационной работе описание строения и истории развития литосферных блоков Балтийского щита приводится главным образом по результатам анализа и обобщения обширных литературных материалов, проведенных Н.А. Божко [9] и О.А. Богатиковым, В.К. Гараниным с соавторами [3]. В качестве иллюстрации приводится Схема тектонического районирования докембрийского кристаллического фундамента севера Восточно-Европейской платформы (рис. 7). Основу данной схемы составляет фрагмент карты тектонического районирования кристаллического фундамента Восточно-Европейской платформы, составленной Н.А. Божко с соавторами (2000, 2001гг.). Некоторая корректировка границ блоковых структур кристаллического фундамента, картируемых под чехольными отложениями Русской плиты, была проведена автором по результатам качественной интерпретации потенциальных геофизических полей. Кроме того, при составлении тектонической основы использовались и учитывались данные о морфологических особенностях рельефа кристаллического фундамента севера Восточно-Европейской платформы [8, 23, 48] (Л.А. Гаскельберг, 1988 г.; Ю.Г. Кутинов и др., 1991 г.).
Главные блоковые тектонические структуры литосферы восточной части Балтийского щита были сформированы в основном в течение позднего архея и раннего протерозоя. Начиная со среднего протерозоя, восточная часть щита уже не вовлекалась в крупномасштабные орогенные процессы [81], благодаря чему здесь сохранились главные элементы строения древних тектонических областей. Среди них выделяются: Кольский регион сложного строения, включающий Кольскую позднеархейскую гранулит-зеленокаменную область (Кольский геоблок) и раннепротерозойский Лапландско-Беломорский (Лапландско-Колвицкий) коллизион; позднеархейский Беломорский подвижный пояс, интенсивно переработанный в раннем протерозое; архейская Карельская гранит-зеленокаменная область (Карельский геоблок); Свекофеннская область, сформированная в конце раннего протерозоя в результате закрытия Свекофеннского палеоокеана. Непосредственно к рассматриваемой территории Зимнего Берега примыкают Кольский регион сложного строения и Беломорский подвижный пояс.
Кольский регион сложного строения, включает Кольскую позднеархейскую гранулит-зеленокаменную область (Кольский геоблок) и ранне протерозойский Лапландско-Беломорский (Лапландско-Колвицкий) колчизион.Кольский геоблок. В пределах Кольского геоблока позднеархейскими структурно вещественными ассоциациями образованы: Мурманский блок (пояс), зеленокаменный пояс
Колмозеро — Воронья, Центрально-Кольский сегмент, включающий Кольско-Норвежский(Центрально-Кольский). Кейвский и Терский блоки. Все позднеархейские ассоциации вразличной степени были преобразованы в результате раннепротерозойскихдеформационно-метаморфических процессов. Раннепротерозойскими структурно вещественными ассоциациями образован Печенга-Имандра-Варзугскийпроторифтогенный (вулканогенно-осадочный) пояс.
Мурманский блок, располагающийся в северной части Кольского полуострова, занимает всю его северо-восточную прибрежную часть, а также шельфовую зону Баренцева моря. Юго-западным ограничением Мурманского блока является зеленокаменный пояс Колмозеро-Воронья и крутопадающий глубинный разлом, по которому Мурманский блок надвинут (в среднем под углом 50—60) на Центрально-Кольский сегмент.
По особенностям геологического строения Мурманский блок значительно отличается от других блоков Кольского геоблока, главным образом повсеместным проявлением позднеархейской региональной гранитизации и мигматизации, преобладающим развитием олигоклазовых гранито-гнейсов и мигматитов, эндербитов и чарнокитов, интенсивно микроклинизированных и гранитизированных в позднем архее. Возраст гранитизации в центральной части пояса составляет 2.8-2.7 млрд. лет. Отмечено снижение оценок возраста в юго-восточном направлении до 2.6-2.4 млрд. лет [23]
Супракрустальные породы, не претерпевшие существенной гранитизации и мигматизации, вьщеляются в баренцевоморскую серию. Образования этой серии в нижней части представлены двупироксеновыми плагиоклазовыми кристаллическими сланцами (гранулитами), в верхней части - амфиболитами, биотит-амфиболовыми и биотитовыми гнейсами. Возраст кристаллосланцев баренцевоморской толщи "по меньшей мере превышает возраст гранитизации в центральной части пояса - т.е. более 2.8 млрд. лет" [54]. Возраст амфиболитовой толщи - 2.6-2.5 млрд. лет [54].
Учитывая наличие значительного временного интервала между древним субстратом и наложенной гранитизацией, данный блок можно рассматривать как фрагмент раннеархейской коры, переработанный в позднем архее.
Геофизические неоднородности литосферы севера Восточно-Европейской платформы, определяющие структурную позицию Зимнебережного кимберлитового поля
Изучение характера распределения (как по латерали, так и по вертикали) физико-геологических неоднородностей литосферы севера Восточно-Европейской платформы проводилось на основе обобщения интерпретационных данных (карт, схем, разрезов) глубинных сейсмических (ГСЗ, ГСЗ-МОВЗ), магнито-теллурических (М ГЗ), тепловых исследований.
Прямую информацию о вещественном составе верхней мантии севера Восточно-Европейской платформы несут ксенолиты глубинных пород из известных (установленных) здесь проявлений кимберлитового и родственного ему магматизма. Полученные на сегодняшний день результаты [61, 62] свидетельствуют о латеральной вещественной неоднородности верхней мантии этого региона. Реликты глубинных мантийных пород в кимберлитах глинозёмистой серии представлены мелкими включениями хромшпинелевых, шпинелевых, реже пироповых дунитов и перидотитов (продуктами дробления гомогенного дунитового мантийного субстрата). В кимберлитах железо-титанистой серии глубинные включения представлены пироповыми перидотитами, флогопит-ильменитовыми перидотитами и пироксенитами. а также разнообразными эклогитами (продуктами дробления гетерогенного эклогит-перидотитового мантийного субстрата). Как показывают данные по изучению ксенолитов из диатрем Кольского полуострова (Арзамасцев, 1998) и Архангельской области (Sablukova, 1995; Sablukova et al., 1995), вся субконтинентальная литосфера Кольско-Архангельского региона испытала воздействие метасоматоза. Возраст метасоматических преобразований (T(NCI)DM) оценивается как 2,0±0,2 млрд лет [3].
Данные глубинных геофизических исследований подтверждают представления о латеральной неоднородности верхней мантии.
Моделирование строения верхней мантии в большинстве региональных исследований базируется на сейсмических, геотермических и магнитотеллурических данных [29]. В качестве главных объектов рассматриваются границы между литосферой и астеносферой (подошва литосферы), между верхней мантией и земной корой (подошва земной коры - раздел Мохоровичича), а также скорости распространения упругих волн на различных гипсометрических уровнях, в том числе и вдоль раздела Мохоровичича.
Имеющиеся для Европейского севера фактические данные (содержащиеся в немногочисленных публикациях) о мощности литосферы (глубине залегания подошвы литосферы) и о характере распределения скоростных характеристик в нижних горизонтах верхней мантии носят разрозненный (по площади) и разнородный характер.
Наиболее полные данные о скоростном разрезе верхней мантии Северной Европы получены по региональному профилю ГСЗ Феннолора, на основании которых построена скоростная двухмерная модель литосферы Балтийского шита до глубины 270 км (Guggisberg et al., 1991; The European Geotravers, 1992). Согласно полученным данным, особенностью верхней мантии Балтийского щита [83] является наличие до четырех слоев с пониженной скоростью, прослеживаемых вдоль линии профиля, причем их мощность увеличивается с глубиной. В верхней мантии отсутствуют сколько-нибудь мощные слои, в которых скорость продольных волн снижалась бы ниже 7,8-7,9 км/с. Наоборот, появляются высокоскоростные (8,5-8,7 км/с) слои. Выделяется область, предположительно связываемая с астеносферой, но характеризующаяся слабым контрастом скоростных параметров. Кровля астеносферы в архейской части щита отмечается в виде области понижения скорости с 8,8 до 8,5 км/с в интервале глубин 220-230 км и с 8,55 до 8,40 км/с - на глубине 110-120 км в Свекофеннской провинции. Нижняя граница астеносферного слоя намечается на глубине 270 км в виде повышения скорости до 9,0 км/с. По отраженным волнам на глубине 450 км прослежена граница мантийной переходной зоны, где скорость возрастает до 9,7 км/с.
По данным ГМТЗ [31] в пределах Балтийского щита мощность литосферы оценивается интервалом значений 200-250 км. В самой литосфере Балтийского щита отмечается существование проводящих слоев разной мощности на глубинах 60-90 км и 130-170 км (Дьяконов и др. 1982 г.).
По данным У.И. Моисеенко и др. (ВСЕГЕИ, 1989 г.), занимавшихся построением модели геотермического поля литосферы и распределения источников тепла по опорным профилям ГСЗ и скважинам глубокого и сверхглубокого бурения, мощность литосферы на Балтийском щите в пределах профиля (сейсмического геотраверса) Мурманск-Кызыл («Кварц») изменяется от 120 до 270 км (рис. 9). На значительной протяженности профиля ее значения составляют 190 км. Максимальная мощность литосферы отмечается на участках пониженных значений теплового потока (пикеты 18-20, 30-35). оконтуривающие тепловую аномалию Хибинского и Ловозерского массивов с минимальной для этого участка профиля мощностью литосферы. В восточной части профиля (в пределах Русской плиты) мощность литосферы уменьшается с запада на восток от 200-180 км (в районе Зимнего Берега) до 150 км - в пределах Предтиманья и Тимана, и далее на восток до 80-90 км. Минимальные значения отмечаются в восточной части Ижма-Печорской впадины (пикеты 124-125) и в Предуральском прогибе.
Магнитотеллурическое зондирование (МТЗ) по профилю Тулос-Кемь [49] позволило предположить, что в пределах Балтийского щита нижний проводящий горизонт, соответствующий астеносферному слою, имеет площадное распространение. Верхняя граница этого горизонта в пределах Карельского геоблока залегает на глубинах 140-160 км. В Беломорском подвижном поясе она поднимается до 120-140 км, в Ладожском блоке-Свекофенского подвижного пояса - до 100 км.
Геофизические данные о строении литосферы в пределах непосредственно территории Зимнего Берега получены по результатам магнитотеллурического зондирования (МТЗ), выполненного ПГО «Архангельскгеология». На Зимнебережной площади пройдено три профиля МТЗ (рис. 10), два из которых соответствуют сейсмическим профилям КМПВ. Первый из них протягивается в субмеридиональном направлении (Архангельск-Ручьи), второй - в северо-восточном от Патракеевки до Койды. Третий профиль проходит в широтном направлении на севере площади. Геоэлектрические разрезы по профилям МТЗ построены для интервала глубин 0,5-300 км. В геоэлектрическом строении обращает на себя внимание значительная латеральная дифференцированность разреза в подкоровом интервале глубин [84] (рис. 10). Под выступами кристаллического фундамента в верхней мантии и, реже, в нижних горизонтах
Характеристика аномальных особенностей гравитационного и магнитного полей Зимнего Берега
В формировании общего аномального плана гравитационного и магнитного полей Зимнего Берега принимают участие аномалии, обусловленные влиянием структурно-вещественных комплексов докембрийского кристаллического фундамента, а так же глубинных физико-геологических неоднородностей, определяющих структурную позицию Зимнебережного кимберлитового поля. Региональный фон потенциальных геофизических полей Зимнего Берега формируют три аномальные области (рис. 8, 25). 1. Область, характеризующаяся сочетанием относительно пониженных, осложненных так называемым Мезенским максимумом &g, значений поля силы тяжести со знакопеременным (с преобладанием положительных аномалий) магнитным полем, выделяется на севере и северо-востоке Зимнебережной площади. На уровне докембрийского кристаллического фундамента данная область соответствует Мурманскому позднеархейскому блоку, прослеживаемому по геофизическим данным с Кольского полуострова Балтийского щита (рис. 29). По данным глубинных сейсмических исследований, для северо-восточной (совмещенной с Мезенским максимумом ug) части этой области характерно сочетание повышенных (8,3-8,45 и более) скоростей продольных волн в верхней мантии (в ее подкоровом горизонте), поднятия (до глубин 30-35 км) в рельефе поверхности Мохоровичича, отрицательных форм (с глубиной залегания 3,0-4.0 и более км) в поверхности кристаллического фундамента. Глубина залегания центра масс гравитирующего объекта, обусловливающего Мезенский максимум составляет 45 км. Приведенные геофизические характеристики соответствуют области тектоно магматической активизации (ее северо-западному замыканию) с мантией, сохранявшей свой энергетический потенциал на протяжении длительного времени, в том числе и в среднем палеозое - на этапе проявлений кимберлитового магматизма Зимнего Берега. 2. Другая аномальная область, характеризующаяся сочетанием пониженных значений ug и пониженных значений (дТ)а, охватывает южную и восточную части площади Зимнего Берега. Она соответствует интенсивно переработанному в раннем протерозое Терскому позднеархейскому блоку Кольского геоблока, прослеживаемому по геофизическим данным с Кольского полуострова Балтийского щита (рис. 29). 3. Аномальная область, проявленная сочетанием положительных значений поля силы тяжести (Зимнебережный гравитационный максимум) с отрицательными значениями магнитного поля, выделяется на западе и в центральной части Зимнебережной площади. Она интерпретируется в качестве Кольско-Кулойского ядра (погребенного палеоподнятия) протокоры (в составе Беломорско-Полтинской кимберлитоконтролирующей зоны) (рис.29). Описанный региональный тренд потенциальных геофизических полей осложнен более локальными (различной частотности, простираний и морфологии) аномалиями. Среди них выделяется линейная (шириной порядка 50-25 км) аномалия пониженных значений поля силы тяжести северо-западного простирания, прослеживаемая в южной части Зимнебережной площади. Данная аномалия имеет плановое совмещение с рифейским Керецким грабеном Керецко-Лешуконской ветви Беломорского авлакогена (рис.29, 30). Она характеризует (как было рассмотрено в главе 2) относительно мобильную (в докембрии) область литосферы с земной корой, наиболее переработанной вследствие проявления деструктивных процессов на раннепротерозойском и рифейских этапах тектогенеза, в составе Кольско-Полтинской кимберлитоконтролирующей зоны.
Обращает на себя внимание также полоса, сформированная зонами чередующихся положительных и отрицательных гравитационных и магнитных аномалий, северозападного простирания, прослеживающаяся в обрамлении рассмотренной выше линейной отрицательной аномалии поля силы тяжести (рис. 25, 29). Расчеты показали, что гравитирующие и магнитовозмущающие объекты расположены здесь в верхних горизонтах земной коры и выходят на поверхность фундамента. По данным КМПВ, с рассматриваемыми зонами гравитационных и магнитных аномалий совмещаются в плане участки пониженных граничных скоростей (-5800 м/с на фоне 6,2 км/с) по поверхности фундамента. Выделяемые аномальные зоны, как правило, приурочены к ступеням и выступам в структуре поверхности кристаллического фундамента. Сопоставление геофизических характеристик описываемых зон с их структурным положением в общей тектонической раме района, а также с данными петрофизики, позволило проинтерпретировать эти линейные структуры как зоны базификации верхних горизонтов земной коры, сопровождаемые трещиноватостью в образованиях фундамента. Большинство из проявлений кимберлитового магматизма в пределах Зимнебережного кимберлитового поля приурочено к выделенным зонам базификации и повышенной трещиноватости.
Помимо рассмотренных элементов потенциальных полей северо-западного простирания, в пределах Зимнебережной площади выделяются линейные магнитные и гравитационные аномалии, зоны горизонтального градиента полей субмеридионального и северо-восточного простирания. Эти аномальные особенности отражают отдельные разломы, которые являются составными элементами рассмотренных выше (глава 2) зон глубинных разломов позднепротерозойской (северо-восточного простирания) и раннегерцинской (субмеридионального простирания) активизации.
Анализ морфологических особенностей поля силы тяжести показал, что области проявлений кимберлитового магматизма Зимнебережного кимберлитового поля соответствует (в плане) локализованная область (размером 60x85 км) деформации структурного плана аномалий ug (рис. 30). Она приурочена к юго-восточному флангу среднечастотной (с периодом 75 км) положительной аномалии гравитационного поля (обусловленной рассмотренным выше Кольеко-Кулойским палеоподнятием протокоры). Деформация поля силы тяжести выражена некоторым снижением (на 25-30 мгл) его уровня, на фоне которого выделяются отдельные локальные максимумы небольшой интенсивности близизометричной и слабо вытянутой формы. В поле горизонтального градиента &g (рис. 31). Здесь наблюдается потеря корреляции линейных аномалий (в основном северо-западного простирания), формирующих общий структурный план градиентных полей.
Более отчетливо выделить составляющие элементы рассматриваемой области деформации гравитационных аномалий позволила послойная частотная фильтрация поля силы тяжести, проведенная по методике Саксова-Нигарда. Эта методика (направленная на выделение локальной составляющей поля силы тяжести) позволяет получить трансформанты поля, отражающие гравитационное влияние неоднородностей земной коры ограниченной мощности и различной глубины залегания. В качестве примеров приводятся некоторые из таких карт трансформант поля силы тяжести (по методике Саксова-Нигарда), на которых (согласно приближенной оценке так называемой глубинности аномалий [20, 55] наиболее отчетливо проявлены аномальные эффекты от объектов, расположенных на разных глубинных уровнях (в нижних, средних и верхних частях) земной коры и пространственно ассоциирующих с областью проявлений кимберлитового магматизма Зимнебережного кимберлитового поля (рис. 32).
На карте аномалий Саксова-Нигарда, обусловленных влиянием неоднородностей, расположенных в нижних (по приближенным оценкам на глубинах порядка 30 и более км) горизонтах земной коры, области проявлений кимберлитового магматизма Зимнебережного кимберлитового поля соответствует (в плане) локальная положительная аномалия близизометричной формы размером в поперечнике порядка 40 км. Как показали расчеты, центр масс источника этой аномалии может быть расположен на глубине порядка 25 км.
На картах трансформант гравитационного поля, обусловленных влиянием неоднородностей, расположенных в средних и верхних (по приближенным оценкам на глубинах порядка 10-20 км) горизонтах земной коры, проявления кимберлитового
