Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы 11
1.1. История вопроса 11
1.2. Глубинная складчатость 15
1.3. Экспериментальные исследования складкообразования 22
1.4. Строение и состав земной коры 25
1.5. Тектоническая и реологическая расслоенность земной коры 27
1.6. Подвижность земной коры 31
1.7. Экспериментальные исследования реологических свойств горных пород 38
Выводы 41
Глава 2. Модель образования блоковой складчатости 43
2.1. Проблема надвигов и взбросов в земной коре 43
2.2. Потеря изгибной устойчивости коры при горизонтальном сжатии 53
2.3. Экспериментальные исследования деформаций при блоковой складчатости 74
2.4. Некоторые общие положения блоковой складчатости 91
2.5. Трехмерная (объемная) модель блоковой складчатости 120
2.6. Регрессивный этап 122
2.7. Завершение общекоровой блоковой складчатости 126
2.8. Особенности и признаки блоковой складчатости 131
2.9. Общекоровая блоковая складчатость как основа для прогнозирования месторождений полезных ископаемых 134
Выводы 144
Глава 3. Гранито-гнейсовые комплексы Урала как пример положительных изгибов коры мобильных поясов 146
3.1. Главный гранитный пояс Урала 146
3.2. Кочкарский метаморфический комплекс 156
3.3. Суундукский метаморфический комплекс 218
3.4 Мурзинско-Адуйский метаморфический комплекс 228
Выводы 245
Глава 4. Брекчии, мегабрекчии и тектонические клинья в структурах рудных месторождений Урала 248
4.1. Краткие сведения о геологии Сафьяновского месторождения и его окружения 249
4.2. Разрывные нарушения в Сафьяновском карьере 256
4.3. Хрупкие деформации пород и рудные тела 263
4.4. Воронцовское месторождение золота 275
Выводы 280
Глава. 5. Блоковая складчатость восточной окраины Русской платформы и ее минерагения 282
5.1. Введение 287
5.2. Волго-Уральская антеклиза: основные черты геологического строения 349
5.3. Глубинное строение Кунгурско-Красноуфимского свода и его окружения..299
5.4. Минералогия Уфимского плато 323
5.5. Дырчатые брекчиевые известняки и проблема их образования
3 5.6.1. Локальные минералогические аномалии на Уфимском плато 347
5.6.2. О некоторых проблемах минералогии и петрографии Уфимского плато...354
5.6.3. Геохимические исследования глин и дырчатых брекчиевых известняков
3 5.7. Перспективы Уфимского плато на полезные ископаемые 384
5.8. Осинский блок 390
5.9. Перспективы блоков отрицательного изгиба платформенной коры на полезные ископаемые 398
Выводы 403
Заключение 404
Список литературы
- Экспериментальные исследования складкообразования
- Потеря изгибной устойчивости коры при горизонтальном сжатии
- Кочкарский метаморфический комплекс
- Воронцовское месторождение золота
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Исследования направлены на разработку теоретических основ формирования эндогенных месторождений полезных ископаемых (МПИ) коллизионного и постколлизионного этапов, изучение закономерностей их пространственного размещения в различных тектонических блоках земной коры, определение геологических предпосылок формирования и совершенствование прогнозно-поисковых методов применительно к различным иерархическим уровням. Актуальность исследований приобретает особое значение в связи с истощением запасов эксплуатируемых МПИ и ростом материально-финансовых затрат на поиски и разведку новых. Методы прогнозирования МПИ разрабатываются многими поколениями геологов. Их результативность отражена в создании к концу 20-ого столетия мощной мировой минерально-сырьевой базы. Крупные структуры земной коры составляют основу регионального прогнозирования МПИ. Концепция тектонически и реологически расслоенной коры [Тектоническая расслоенность…, 1980, 1982, 1990; Ю. Леонов, 1991 и др.] позволяет объяснить характер деформаций в коллизионном поясе моделью блоковой складчатости [Кисин, 2008 и др.], построенной на мобилистких принципах, и рассматривать их как коллизионно-складчатые (мобильные) пояса, обладающие строгой многоуровневой внутренней структурой.
Любые геологические процессы, включая рудообразование, нуждаются в источниках энергии. Как отметил В.И. Смирнов [1981, с. 5], «для образования любого месторождения… требуется вклад крупной дозы энергии». Большое количество энергии задействовано в коллизионном процессе, который сопровождается метаморфизмом, магматизмом и рудообразованием. Распределение тектонической энергии в земной коре контролируется крупными структурами. Следовательно, они в состоянии контролировать и различные геологические процессы, включая метаморфизм, магматизм и рудообразование. Для прогноза МПИ важно рассмотрение процесса рудообразования в комплексе со всеми другими геологическими процессами, с которыми они имеют генетические и парагенетические связи. Изучению связей между структурами земной коры и синтектоническими геологическими процессами, особенно рудомобизующими и рудообразующими, направлены исследования, изложенные в данной работе.
Цели и задачи исследований. Основная цель исследований – изучение роли блоковой складчатости в структурно-вещественном преобразовании земной коры, в подготовке рудогенерирующих и рудовмещающих структур, в формировании и закономерности размещения МПИ. Для этого решались следующие задачи:
1. Роль блоковой складчатости:
- в дестабилизации и структурно-вещественных преобразований земной коры;
- в подготовке рудовмещающих структур;
- в создании рудомобилизирующих факторов и условий направленного перемещения рудного вещества.
2. Минерагеническая специализация блоков положительного и отрицательного изгиба.
3. Особенности рудной специализации блоковой складчатости мобильных поясов и активизированных участков платформенной коры.
4. Границы использования модели блоковой складчатости для прогнозирования МПИ.
Фактический материал. В основу диссертации лег фактический материал, собранный автором в период работы геологом и старшим геологом в системе ПО «Уралкварцсамоцветы» (1971-1988 гг.), а затем в Институте геологии и геохимии УрО РАН. В 1979-1987 гг., на площади Кочкарского антиклинория (Ю. Урал), автору довелось проводить геологоразведочные работы на аметисты, розовые топазы, рубины и пегматиты с драгоценными камнями. Были выполнены сотни километров маршрутов, проведены буровые (несколько тысяч погонных метров) и горные работы (канавы, шурфы, траншеи, карьеры). Общий объем валовых проб измерялся тысячами м3. Автором лично проведен минералогический анализ 11 тыс. шлиховых проб, изучены многие сотни прозрачных шлифов, полированных и препарированных образцов, обработаны сотни химических и спектральных анализов, составлены различные геологические карты и схемы, вошедшие в производственные отчеты. В процессе производства геологоразведочных работ автор уже руководствовался идеей блоковой складчатости. В последующие годы и по настоящее время эти представления проверялись и развивались на площадях Мурзинско-Адуйского, Джабык-Карагайского и Суундукского антиклинориев, Тагильского прогиба и Алапаевско-Теченского синклинория (восточный склон Урала), восточной части Восточно-Европейской плиты (по грантам РФФИ № 04-05-96093, НШ–85.2003.5, Программе ОНЗ № 10), в центральной части о. Мадагаскар. Методами физического эксперимента изучены некоторые особенности деформации среды в условиях блоковой складчатости.
Личный вклад автора. Идея блоковой складчатости и все разработки по ней, включая использования ее для прогноза эндогенных МПИ, принадлежат автору. В разработках принимали участие (консультации, обсуждение) академик РАН В.А. Коротеев и доктор геолого-минералогических наук В.Н. Сазонов. Полевые исследования, экспериментальные работы и обработка материалов выполнены автором. Материалы, представленные в диссертации, при отсутствии библиографических ссылок принадлежат автору.
Научная новизна
1. Создана основа для совершенствования прогнозно-поискового комплекса на различные рудные и нерудные эндогенные МПИ коллизионно-складчатых поясов и зон их динамического влияния на активизированные участки платформ.
2. Модель блоковой складчатости не имеет аналогов в мире и принципиально отличается от всех имеющихся в этой области разработок. Впервые складчатость показана не в виде синусоидальных изгибов, а в виде блоков подвергнутых изгибной тектонике, в которых протекают сложные, неравномерные деформации. Кора сохраняет форму плиты, что позволяет ей передавать напряжения сжатия на расстояния. Тектоническая энергия сжатия фокусируется изгибами на относительно небольшие объемы коры, что создает участки ее концентрации, вызывающие дестабилизацию системы и протекание различных геологических и рудообразующих процессов.
3. Блоковая складчатость подчиняется принципу унаследованности.
4. Движение флюидов на коллизионном этапе контролируется градиентами стрессовых напряжений, вызванных изгибами.
5. Показана роль блоковой складчатости в формировании и размещении эндогенных месторождений различных полезных ископаемых коллизионного и постколлизионного этапов.
Практическая значимость. Модель блоковой складчатости позволяет:
1. Типизировать тектонические структуры коллизионного этапа, определять характер геологических процессов, сопровождающих становление этих структур, и их минерагеническую специализацию.
2. Осуществлять многоуровневый (региональный и локальный) прогноз на различные эндогенные МПИ, генетически связанных с коллизионными и постколлизионными процессами в мобильных поясах и зон их динамического влияния на активизированные участки платформ.
3. Разработанные автором принципы прогнозирования рубиновой минерализации в мраморах [Кисин, 1991], основанные на модели блоковой складчатости, позволили выявить рубиновую минерализацию в четырех метаморфических комплексах Урала, образующих прерывистую субмеридиональную полосу протяженностью более 600 км. Эти принципы проверялись автором в Чехии, Калифорнии и на о. Мадагаскар, показав высокую результативность. На основе модели блоковой складчатости предложен метод прогнозирования хрусталеносных кварцевых жил в надкупольных структурах. Выявлены закономерности размещения и минерализации пегматитов в дайках лейкократовых гранитов, в зависимости от морфологии контактов, также показавшие высокую эффективность.
Публикации и апробация результатов работы. По теме диссертации имеется 140 публикаций, в т.ч. 1 монография и 11 статей в рецензируемых журналах по списку ВАК. Результаты исследований докладывались на 56 научных конференциях различного ранга (Региональных, Всесоюзных, Российских и Международных). Среди них: II Уральское металлоген. сов. «Геодинамика и металлогения Урала» (Свердловск, 1991); 6-я Зоненшайновская конф по плейттектонике (Москва, 1998); XIII Геол. съезд Респ. Коми (г. Сыктывкар, 1999); III Всеурал. металлоген. сов. (Екатеринбург, 2000); «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2000-2009); Уральская летняя мин. школа (Екатеринбург, 2000, 2005, 2008); Межд. науч. конф. (Чтения А.Н. Заварицкого) (Екатеринбург, 2001-2009); V Межд. конф. “Новые идеи в науках о Земле” (Москва, 2001); «Алмазы и алмазоносность Тимано-Уральского региона», Всерос. сов. (Сыктывкар, 2001); «Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ», Межд. конф. пам. П.Н. Кропоткина (Москва, 2002). «Генезис нефти и газа», Всерос. конф. (Москва, 2003, 2006, 2008); «Углерод, минералогия, геохимия и космохимия», Межд. конф. (Сыктывкар, 2003); «Напряженно-деформированное состояние и сейсмичность литосферы», Всерос. сов. (Иркутск, 2003); «Вулканизм и геодинамика», 2-й Всерос. симп. по вулканологии и палеовулканологии (Екатеринбург, 2003); «Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России», XIV Геол. съезд Респ. Коми (Сыктывкар, 2004); Тектоническое сов. (Москва, 2005-2008); «Строение, геодинамика и минерагенические процессы в литосфере» 11-й Межд. науч. конф. (Сыктывкар, 2005); Межд. науч. конф. (Чтения памяти С.Н. Иванова), (Екатеринбург, 2006, 2008). 7 Урал. рег. литолог. сов. (Екатеринбург, 2006); «Углеводородный потенциал фундамента молодых и древних платформ: Перспективы нефтегазоносности фундамента и оценка его роли в формировании и переформировании нефтяных и газовых месторождений», Межд. науч. конф. (Казань, 2006); «Геодинамика формирования подвижных поясов Земли», Межд. науч. конф. (Екатеринбург, 2007). Межд. конф. «Изменяющаяся геологическая среда: пространственно-временные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов (г. Казань; 13 – 16 ноября, 2007 г.). Межд. конф. «Рудогенез» (2-7 февр. 2008 г, г. Миасс.). Межд. минералог. семинар «Структура и разнообразие минерального мира». (Сыктывкар, 2008). 5-го Всерос. литолог. сов. (Екатеринбург, 14-16 октября 2008 г.) «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли». (Екатеринбург, 2008). Годичное собрание РМО. (Екатеринбург:, 2008). VII Межрег. науч.-практ. конф. «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий». (Уфа, 19-21 ноября, 2008). XIV Межд. конф. «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными». (Петрозаводск, 2008). «Проблемы минералогии, петрографии и металлогении». Науч. чтения памяти П.Н. Чирвинского. (Пермь, 2002, 2004-2009). XV Геол. съезд Респ. Коми «Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России: (Сыктывкар, 2009).
Объем и структура работы. Структура работы определяется раскрытием основных защищаемых положений и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 382 наименований и приложения. Объем работы 457 стр., из них 409 стр. текста с 187 рисунков и 9 таблиц.
Экспериментальные исследования складкообразования
То, что земная кора способна деформироваться — общеизвестный факт. Полевая геология обладает огромным массивом фактического материала по деформированности как малых объемов, например, минерального индивида, так и крупных регионов, например, Урал, Альпы, Аппалачи и другие горные системы. Все эти факты были известны еще в самом начале становления геологии, как науки. И, вероятно, самым ярким примером деформированности пород земной» коры является складчатость осадочных и метаморфических пород.
Складчатость как таковая всегда интересовала исследователей и по вопросу ее происхождение имеется множество мнений, в том числе и весьма авторитетных исследователей. Изучение складчатости и вопросы ее образования были одними из основных проблем геологии со времен ее основания. Исследователи охотно моделируют складчатость, как на простых, так и на весьма сложных материалах. В этой области накоплен большой фактический материал. Правда, все это касается, главным образом, только складчатости осадочного чехла и некоторых метаморфических пород. Именно эта складчатость является доступной для непосредственного наблюдения на природных объектах. Именно она изучена до мельчайших подробностей. И именно по поводу происхождения этой складчатости проводились многочисленные научные форумы различного ранга и неоднократно возникали острые дискуссии и баталии между исследователями. Но, несмотря на это исследователи отмечают, что «Проблема условий образования складчатости в земной коре является одной из самых старых нерешенных проблем геологии» [Белоусов, 1962, с. 3]. «Наиболее труднообъяснимой особенностью складчатых комплексов является правильная повторяемость в пространстве антиклиналей и синклиналей» [Ажгирей, 1956, с. 181].
Долгое время основную причину образования складчатости связывали либо с вертикальными, либо с горизонтальными движениями земной коры, в зависимости от господствующей в это время геодинамической концепции. Например, в период господства «нептунистических идей», складчатость объяснялась вертикальными движениями. Начиная с Эли де Бомона (1829), образование складчатости связьшалось со значительными горизонтальными сокращениями поверхности земной коры в рамках господствующей контракционной концепции развития Земли. Открытие крупных шарьяжей в Альпах принималось как новое доказательство значительных сокращений ширины складчатых зон (А. Гейм, М. Люжон, Л. Кобер). С позиций «контракционной гипотезы» - горизонтальные (тангенциальные) напряжения сжатия кажутся естественными и понятными: осадочные породы при укорочении слоев (при сжатии вдоль напластования) сминаются в складки разного масштаба. Однако накопление фактического материала выявило неразрешимые противоречия, необъяснимые в рамках контракционной гипотезы. С крахом этой гипотезы рухнули и представления о связи складчатости с тангенциальным сжатием.
С позиций гипотезы «дрейфа континентов» складчатость образовывалась за счет горизонтального сжатия крупных участков земной коры при сближении континентов (Д. Джоли, А. Вегенер, Р. Штауб, Д. Григгс и др.). Во всех этих гипотезах толщина земной коры принималась около 50-100 км. В представлениях сторонников гипотезы гравитационного тектогенеза, предложенного Э. Хаарманом (1930) и Р. Ван-Беммеленом (1933), складчатость и надвиги образуются в результате оползания и растекания горных масс, приподнятых при вертикальных движениях коры.
Пришедшая ей на смену «геосинклинальная гипотеза» ставку сделала опять на вертикальные движения, считая горизонтальные движения в земной коре вторичными. Становление и развитие этой гипотезы совпало по времени с бурным, революционным развитием науки и техники. Интенсивно изучалась геология континентов, прежде всего в отношении перспектив на месторождения наиболее значимых для промышленности полезных ископаемых: энергетическое и агропромышленное сырье, руды черных, цветных и благородных металлов, алмазов и других. Активно разрабатывались методы прогнозирования и оценки месторождений, в которых структурный контроль является одним из ведущих. Составлялись геологические карты разного масштаба и назначений, в основе которых, как правило, лежали геологические структуры. Здесь уместно привести высказывание МлМ. Тетяева [1938] «... можно только напомнить, что в основе не только поисков и разведок тех или- иных полезных ископаемых, но и методов их эксплоатации лежит понимание структурных отношений данного месторождения и районаего распространения» (с. 5). Структурный контроль оруденения стал одним из основополагающих, особенно в нефтегазовой поисковой теологиш В связи с этим, изучению складчатости в этот период придавалось весьма, большое- значение, и создавались крупные научные школы иколлективьъ для- исследований, складчатости всеми возможными методами. Кроме этого, как отметил В .В. Белоусов [1962]. «Значение ее далеко выходит за пределы вопроса складчатости как таковой. От представлений о причинах и механизме складкообразования во многом зависят наши значительно более общие представления о развитии Земли в целом и о характере самых основных процессов, развивающихся в земных недрах» (с. 3). Итогом этих исследований явились современные теории складкообразования.
Геолого-геофизические исследования в последние 100 лет охватили глубокие горизонты коры и внутренние геосферы.Земли, включая нижнюю мантию и ядро; с континентов переместились на океаническое дно. Масштабы геологических исследований к концу 20-ого века достигли, вероятно, своего пика. В этот период были сделаны и наиболее крупные геологические открытия, связанные с геологией дна океанов и внутренних геосфер Земли. Появилось множество фактов латерального перемещения материала. Геосинклинальная гипотеза могла объяснить горизонтальное перемещение вещества лишь гравитационным соскальзыванием с возвышенных участков в пониженные формы рельефа или вертикальным расплющиванием осадочных толщ [Бронгулеев, 1945; Белоусов, 1948, 1962 и др.].
Итогом накопления фактического материала, не укладывающегося в рамки геосинклинальной гипотезы, явилось становление концепции «Новой глобальной тектоники» или «Тектоники литосферных плит». Если все предыдущие геодинамические гипотезы «проверялись» на объяснении образования складчатости, то плейттектоническая концепция на первых порах ее просто проигнорировала. Лишь позднее, преимущественно в англоязычной литературе, появились понятия типа «тонкокожая и толстокожая тектоника». «Тонкокожая тектоника» и должна была восполнить этот образовавшийся пробел. Ярким выражением подхода к решению проблем образования складчатости с позиций тектоники литосферных плит является гипотеза «шарьяжно-надвиговой тектоники», активно развиваемая М.А. Камалетдиновым с соавторами [Камалетдинов, 1974; Камалетдинов и др., 1981 и др.]. Однако она в состоянии непротиворечиво объяснить только некоторые типы складчатости, связанные с покровно-надвиговыми структурами.
Проблема образования складчатости осталась не до конца решенной, что порождает рождение новых гипотез. В представлениях Е.П. Успенского [Успенский, 2002] механизмы образования складчатости в подвижных поясах видятся в следующем виде. «Восходящие термофлюидные потоки, воздействуя на мантию и земную кору, инициируют магматизм, метаморфизм, фазовые переходы, образование плотностных неоднородностей, изменение состава коры, определяют геодинамику тектоносферы и структурообразование. Ранним стадиям тектонического цикла отвечают условия разогревания, роста объема верхней мантии и растяжения коры. Эта обстановка позже сменяется контракцией мантии, сопровождаемой сжатием земной коры и начальными фазами складкообразования. Кора сжимаясь, утрачивает проницаемость и аккумулирует остаточное тепло. Разворачиваются гранитизация, метаморфизм с сопутствующими разуплотнением и горизонтальным растеканием материала коры. Максимум деформации пород в стадию инверсии объясняется контрастно различными динамическими обстановками в коре (разуплотнение) и мантийном субстрате» (С. 3). Здесь подкупает простота и кажущаяся логичность. Но такая модель подразумевает
Потеря изгибной устойчивости коры при горизонтальном сжатии
В эксперименте с использованием вазелина /s еще больше приблизился к единице, чем в эксперименте со смачиванием контактов водой. По сравнению с сухими контактами стекол, смазывание их косметическим вазелином привело к увеличению критических напряжений в 25 раз, а касательных - в 38 раз. Как в случае со смачиванием контактов водой, так и в случае косметического вазелина коэффициент трения покоя значительно превысил цифру максимальных значений 0,85, что дается Д. Тёркотом и Дж. Шубертом [1985]. В целом, рассчитанные выше для экспериментов № 2 и 3 коэффициенты трения покоя в плоскости контакта стеклянных пластинок нереальны и не отражают действительность. В чем тут дело? Объясняется это тем, что вертикальная нагрузка в плоскости надвига создана уже не только и не столько весом пластинки, сколько «тектоническим фактором», связанным с невозможностью возникновения пустого пространства. Горизонтальная сила и вертикальная нагрузка почти сравнялись по величине. Касательные напряжения близки к нулю и не способны сдвинуть стеклянную пластинку в плоскости надвига. Несмотря на то, что система в эксперименте была открытая, подсос воздуха с боков сказался незначительно. Реально же он наблюдался в плоскости надвига из-за несовершенства поверхности сошлифованных плоскостей.
Требования теории подобия в данных экспериментах не выполнялись, поскольку они носили чисто наглядный характер. Здесь уместно напомнить высказывание В.В. Белоусова [1988] в отношении экспериментов в тектонике: «Достижение в общем виде сколько-нибудь удовлетворительного подобия в тектоническом моделировании не только невозможно сейчас, но и не видно путей, которые позволили бы надеяться осуществить такое подобие когда-либо в будущем» (с. 19, курсив Белоусова В.В.). Тем не менее, главные силы, возникающие при надвигообразовании, проявились весьма отчетливо, и эксперименты достигли поставленных целей. На песчано-глинистых моделях или других эквивалентных материалах наглядность экспериментов была бы значительно ниже.
Сошлифовка торцов для каждой пластинки проводилась отдельно, а угол в 45 оценивался приблизительно. При малой толщине пластинки сделать сошлифованную поверхность совершенно плоской - достаточно сложно. Следовательно, реальная площадь контакта пластинок должна быть значительно меньше, чем принята в расчетах. Подсос воздуха под стеклянную пластинку, наблюдаемый в плоскости надвига, убедительное тому подтверждение. Хруст стекла, слышимый во втором и третьем экспериментах, наглядно показывает, что активной горизонтальной «тектонической» силе противодействует близкая по величине реактивная сила. В таком случае, цифры, характеризующие нормальные напряжения, могут оказаться значительно больше, а касательные напряжения меньше.
В наших экспериментах, с использованием смачивания или смазки контактирующих поверхностей, надвигание одной пластинки на другую все же произошло. Причина этого, как это показано выше, кроется в открытости системы, возможности подсоса воздуха под активную пластинку, как с боков, так и в плоскости надвига. Если бы система была более герметичной, то смещений пластинки по надвигу могло бы и не быть совсем. Высокую герметичность должна иметь природная система. Причиной тому служит, прежде всего, большая мощность верхней коры, достигающая 15-20 км и более. Высокое литостатическое давление, существующее на этих глубинах, и вызванный этим боковой отпор обеспечивают надежную герметизацию системы.
Хотя в этом эксперименте имеется только некоторое приближение к физике сплошных сред, но он очень ярко отразил суть проблемы. В случае реального надвига корового масштаба, какой-либо подсос под надвигающийся блок в принципе невозможен, поскольку глинка трения в плоскости сместителя обеспечивает высокую герметичность контакта. Появление дополнительных разрывных нарушений (пакет тектонических пластин или чешуи) на данной ситуации сказывается мало, по причине невозможности возникновения пустого пространства.
Потеря изгибной устойчивости коры при горизонтальном сжатии Выше были показаны проблемы укорочения/утолщения земной коры посредством системы надвигов. В этом разделе мы рассмотрим вероятность ее деформаций посредством продольного изгиба. Ключевым вопросом в модели блоковой складчатости является изгибная устойчивость земной коры при горизонтальном сжатии. Или, иначе говоря, существуют ли в природе горизонтально ориентированные тектонические силы, способные деформировать земную кору по механизму продольного изгиба? На этот простой вопрос нет столь же простого ответа. Многочисленные эксперименты на эквивалентных материалах по моделированию складок продольного изгиба (не корового масштаба), проведенные в разные годы в нашей стране и за рубежом, в целом дали отрицательный результат [Гзовский, 1975; Рамберг, 1981 и др.]. При этом менялись как эквивалентный материал, так и способы приложения горизонтальных сил (с одного или обоих концов модели, горизонтального сокращения основания модели, представленного растянутой резиной и др.), менялись масштабы модели, скорость деформации, создавалась вертикальная нагрузка в виде слоя чугунной дроби и т.п. Однако успехи в моделировании продольного изгиба были крайне скромными. Как был вынужден признать М.В. Гзовский [1975], в экспериментах не удалось одновременно получить больше одной складки, которые он назвал «складками расплющивания». Однако способность отдельных слоев к горизонтальному проскальзыванию по различным внутрикоровым границам, и коры в целом по поверхности Мохо, что признается многими исследователями, дают основание предполагать вероятность деформаций земной коры посредством продольного изгиба. Такие предположения подкрепляются наблюдениями складчатости в породах осадочного чехла и деформаций пород фундамента.
Математические расчеты продольного изгиба, приведенные Д. Тёркотом и Дж. Шубертом [1985], также показывают отрицательные результаты в отношении возникновения складчатости корового масштаба, но слоистые осадочные толщи небольшой толщины могли, по их мнению, подвергаться изгибной тектонике. Экспериментальными и математическими методами доказывается существование адвективной складчатости и диапироидное всплывание легких гранитных масс [Белоусов, 1975; Рамберг, 1987; Гончаров, 1988; Гончаров и др., 2005 и др.]. В результате этого среди геологов укрепилось мнение о невозможности образования складчатой системы под воздействием горизонтального сжатия, и причиной образования таких систем стали считать вертикальные движения и силы гравитации [Тетяев, 1934, 1941; Бронгулеев, 1947; Белоусов, 1962, 1975; Шульц, 1948, 1977 и ДР-]
Кочкарский метаморфический комплекс
Выше были изложены общие сведения о Кочкарском антиклинории. Переходя к рассмотрению и обсуждению различных аспектов его геологического строения, важных в плане выявления тех или иных сторон его образования, необходимо отметить следующее. Считается, что район геологически хорошо изучен. Но, в связи с тем, что данный район перспективен на различные полезные ископаемые (золото, уран, редкие металлы, горный хрусталь, драгоценные камни), то изучение его проводилось различными производственными организациями, различной ведомственной принадлежности. Соответственно использовались различные методики, поисковые критерии, делались разные интерпретации и выводы, зачастую — полярно противоположные. Обобщающих работ по Кочкарскому антиклинорию, которые охватьшали бы весь имеющийся по нему фактический материал, мне не известно. Наиболее широкий обзор проблем геологического строения Кочкарского комплекса, с упором на месторождения полезных ископаемых, приводят В.Н. Огородников и др. [2004].
В 70-х годах прошлого века на площади Кочкарского антиклинория проводились специализированные исследования по структурной геологии и метаморфизму, что отражено в ряде статей [Болтыров и др., 1973; Кейльман и др., 1973; Кейльман, 1974; и др.]. Результаты этих исследований интересны и для наших целей. Структурные особенности
По кинематике тектонические зоны, «...ограничивающие метаморфический комплекс с запада и востока», отнесены к взбросово-надвиговому типу, которые «...образовались до брахиформной складчатости и выполнены раннеорогенными дораннекаменноугольными основными и ультраосновными породами» [Кейльман и др., 1973, с. 42]. В качестве аргументов перечисляются: линейные коры выветривания большой мощности, многочисленные приразломные складки волочения, резкая литологическая смена пород, насыщенность основными и ультраосновными породами, а также наличие геофизических аномалий (четкой гравитационной ступени, электрические и магнитные аномалии), результаты дешифрирования аэрофотоснимков. К этому можно добавить более молодой (Сі) возраст пород в лежачем боку, по сравнению с породами висячего бока (Si-D3). В кажущееся противоречие вступает более высокий уровень метаморфизма пород лежачего бока. Подробнее об этом будет сказано ниже. Породы висячего бока на западной границе антиклинория в современном рельефе выражены грядообразным поднятием с относительным превышением первые десятки метров. Данный надвиг, вероятно, является также областью разгрузки подземных вод, судя по тому, что от него начинаются основные современные водотоки, пересекающие антиклинорий (pp. Кабанка и Санарка).
В начале 80-х годов прошлого столетия Кочкарской ГРП в районе п. Светлый, в связи с разведкой одноименного месторождения золота, было пройдено две глубоких скважины колонкового бурения с целью пересечения зоны данного надвига. По проекту, зона надвига ожидалась на глубине около 500 м. Скважина № 1301 достигла глубины 1101,4 м (на забое биотит-серицит-кварцевые породы). Вторая скважина № 1001 расположена в 300-400 м к северу (по простиранию надвига). Она достигла глубины 1003,1 м. На забое вскрыт серовато-белый кварцит с серицит-кварц-биотитовыми прожилками (данную информацию по скважинам любезно предоставил главный геолог Кочкарской ГРП в 80е годы В. Федосеев). В период бурения этих скважин мне довелось находиться в п. Светлый на круглогодичных полевых работах и иметь возможность просматривать керн с различных интервалов непосредственно на объекте. По керну скважин, зона надвига представлена сильно катаклазированными гидротермально измененными кварцитами с обильными различно ориентированными кварцевыми прожилками, с биотитом, серицитом и сульфидами. Нередко наблюдаются зияющие трещины. Начиналась зона дробления с глубины 400-500 м и продолжалась в таком виде до забоя. Верхние горизонты отличались от нижних только степенью катаклазированности и гидротермально-метасоматической переработки пород. Прожилки кварца расположены весьма хаотично, что больше отвечает дроблению, нежели деформациям сдвига, которые следовало бы ожидать при надвиге. Зеркала скольжения также оказались менее распространенными, чем следовало бы ожидать в зоне надвига такого масштаба.
Как можно объяснить тот факт, что зона надвига представлена сильно брекчированными породами? С позиций обычного надвига данный факт объяснить сложно. С позиций блоковой складчатости данное тектоническое нарушение разделяет блоки положительного и отрицательного изгибов. Следовательно, на верхних горизонтах он разделяет зону растяжения (лежачий бок) и зону сжатия (висячий бок). Сама зона разлома горизонтального сжатия, связанного с изгибом, не испытывает. При этом кинематика малоамплитудного надвига сохраняется. Вращение плоскости надвига против часовой стрелки сопровождается изменением геометрии объема, что неизбежно вызовет брекчирование пород.
На рис. 3.3 показан субширотный геологический разрез через Светлинское месторождение золота (по Сазонов и др. [1989], в интерпретации автора). Зона надвига отчетливо фиксируется телами талькитов и метагаббро. В висячем боку скважинами вскрыты метасоматиты, развитые по различным отложениям S1-D3 возраста (по данным геолого-съемочных работ). В лежачем боку надвига залегают слюдистые золотоносные метасоматиты по терригенным и терригенно-карбонатным породам с многочисленными кварцевыми жилами. По фаунистическим остаткам возраст пород отнесен к Civ. К востоку они быстро сменяются белыми средне-крупнозернистыми мраморами с рубиновой минерализацией. Еще восточнее находятся кварц-мусковит-биотитовые сланцы со ставролитом и местами с дистеном. Контакт их с мраморами также тектонический, что фиксируется кварц-флюорит-топазовой минерализацией, установленной непосредственно к югу от месторождения золота (рис. 3.2). Ставролитсодержащие сланцы относятся к западному крылу небольшой куполовидной структуре, к апикальной части которой приурочено Светлинское месторождение горного хрусталя, о котором будет сказано ниже. Различные вопросы геологического строения, зональности и генезиса месторождения достаточно освещены в научной литературе [Сазонов и др., 1989; Огородников и др., 2004]. Дальнейшее рассмотрение рис. 3.3 мы также продолжим ниже.
Воронцовское месторождение золота
Башкирский свод и Предуральский прогиб. В области поднятия поверхность фундамента характеризуется граничной скоростью 5,6-6,7 км/сек, в прогибе и во впадине она возрастает до 6,9-7,0 км/сек. Глубина границы Конрада изменяется от 18-20 км (Пермско-Башкирский свод) до 20-25 км (Верхнее-Камская впадина). В Предуралъском прогибе она располагается на глубине 19-21 км. Мощность «базальтового» слоя (нижней коры) меняется от 8-12 км во впадине, до 20-25 км в поднятии. Устанавливается блоковая структура земной коры ВЕП. Блок Верхне-Камской впадины на западе ограничен Камской серией глубинных разломов, а на востоке - Чернушенской зоной разломов. Блок Пермско-Башкирского свода отделяется от Предуральского прогиба Красноуфимским разломом.
Итак, Пермско-Башкирский свод здесь пространственно совпадает с Кунгурско-Красноуфимским сводом (это название принимается в данной работе за основное). Он характеризуется резко увеличенной толщиной коры, погружением границы Мохо, подъемом поверхности кристаллического фундамента и границы Конрада. От смежных структур свод отделен зонами глубинных разломов, достигающих границы Мохо. Как было показано в начале главы, это является признаками блока положительного изгиба. Граничные скорости на поверхности фундамента в данном блоке значительно ниже, чем в смежных погруженных участках коры. Это можно объяснить условиями растяжения верхней части коры и, как следствие, ее разуплотнением. К западу от Кунгурско-Красноуфимского свода вьщеляется обширная Верхне-Камская впадина. На разрезе видно, что поверхность фундамента и граница Конрада, непосредственно к востоку от р. Камы, резко приподняты, в отличие от границы Мохо, которая, напротив, резко опущена. Это признаки блока положительного изгиба коры, в связи с чем здесь можно выделить Куедгшскгш свод. Между этими двумя сводами поверхность кристаллического фундамента и граница Конрада резко опущены, а граница Мохо резко приподнята. Это признаки блока отрицательного изгиба коры, который здесь пространственно совпадает с Камско-Кинельским (Камско-Бельским) прогибом.
На рис. 5.11 показан тот лее участок профиля в интерпретации СВ. Богдановой и др. [1973]. Мы видим ту же картину, с расшифровкой вещественного состава коры. Здесь показано, что в Куединское поднятие вовлечены рифейско-вендские осадочные породы. Верхняя часть фундамента Кунгурско-Красноуфимского свода, по мнению цитируемых авторов, сложена архейскими породами болынечеремшанской и отрадненской серий, выделяемых на Татарском своде. Примечательно, что здесь отмечается интенсивный диафторез. Диафторез неизбежен в породах верхней части блока положительного изгиба коры.
Перейдем к рассмотрению границ Кунгурско-Красноуфимского свода. Восточная граница свода первоначально проводилась по крутому (5-6) погружению кровли артинских отложений [Новоселицкий и др., 1985; Неганов и др., 2000 и др.]. Позднее ее стали проводить по глубинному Красноуфимскому разлому [Дружинин и др., 1968; Халевин, 1975; Романов, 2003 и др.], падающему на восток под углом около 45 (рис. 5.12). На рисунке видно, что Красноуфимский разлом представлен зоной тектонических нарушений восточного падения, выполаживающихся с глубиной. Отчетливо проявлена надвиговая кинематика. Зона разлома рассекает и палеозойские отложения. На дневной поверхности данное тектоническое нарушение отмечалось Б.И. Чувашовым [1984]. Автором оно наблюдалось в правом борту долины р. Уфы, около д. Усть-Бугалыш. Здесь имеется два щебеночных карьера. В полотне восточного карьера, в центральной его части, имеется провал, субмеридионального простирания, который, вероятно, приурочен к одному из разломов зоны данного надвига. Другой провал расположен в восточной части карьера, но там его борта не доступны для наблюдений. За пределами карьера провалам соответствует небольшой лог того же простирания, - границы литолого-стратиграфических комплексов (AR-PRi -архей-нижний протерозой, PR.!? - предположительно нижний протерозой, Rjb - базаль-ный комплекс нижнего рифея, Rikl - калтасин-ская свита нижнего рифея, V - венд, PZ - палеозойские отложения); 2 - разрывные нарушения; 3 - скважина Манчаж-5. Сокращения: КР - зона тектонических нарушений, отождествляемая с Красноуфимским разломом особенно отчетливо проявленный в нижней своей части, к югу от карьера. Таким образом, линейная форма разрывной структуры проявлена достаточно отчетливо.
Восточнее данного карьера, около д. Новый Бугалыш, на правом крутом берегу р. Бугалыш, асфальтированная дорога Красноуфимск-Месягутово проходит по глубокому врезу в артинских песчаниках. Песчаник мелкозернистый с гипсовым цементом. В борту вреза наблюдаются многочисленные мелкие тектонические нарушения и крутые углы падения слоистости (до 30 и более). Возможно, что они связаны с динамическим влиянием Красноуфимской зоны надвига.
С данной тектонической зоной некоторыми исследователями связывается Манчажская магнитная аномалия [Дьяконова и др., 2002]. Аномалия расположена в 15 км восточнее Красноуфимской зоны разломов. При угле падения надвига 45, магнитовозмущающее тело может располагаться на глубине около 15 км, что близко к оценке А.Г. Дьяконовой и др. [2002]. Возможно, что возмущающие массы связаны с крупной протрузией пород нижней коры. На дневной поверхности Красноуфимская зона разлома совпадает с субмеридиональным отрезком долины р. Уфы, а севернее г. Красноуфимска проходит по долинам pp. Иргины и Сылвы. На всем протяжении данной тектонической зоны наблюдаются многочисленные участки деформированных артинских отложений.
Западная граница структуры менее выразительная, чем восточная. Некоторые исследователи проводят ее по Чернушенской тектонической зоне [Дружинин и др., 1968; Халевин, 1975]. Судя по результатам сейсмического зондирования, она также относится к надвиговой зоне, но уже западного падения. Выход ее на дневную поверхность фиксируется долинами рек Ирень и Тюй. Первая подтверждается результатами сейсмических исследования (рис. 5.13). Долина р. Ирень приурочена к зоне деструкции пород предполагаемым надвигом. В нижнем течении р. Тюй, на ее правом берегу в последние годы была пробурена параметрическая скважина
Сокращения: ССК - сейсмостратиграфические комплексы: 1 - палеозойский, преимущественно карбонатный; 2 - вендский терригенный; 3 - верхнерифейский, преимущественно терригенный; 4 - нижнерифейский терригенно-карбонатный. Ф - поверхность кристаллического фундамента. Жирной пунктирной линией и стрелкой показан предполагаемый надвиг
Восточно-Аскинская-1, которая на глубине 3,4 км прошла по телу лерцолитов мощностью около 7 м. Предполагается, что это протрузия, приуроченная к зоне надвига. Скважина расположена примерно в 3 км от русла реки. Если протрузия приурочена к зоне надвига, то падение его составляет около 45 на юго-восток. На левом берегу р. Тюй, в 3-4 км ниже данной скважины, в шлиховых пробах распространены зерна серпентинита и хромшпинелиды, возможно, связанные с подобными протрузиями ультраосновных пород.
Северное замыкание структуры предполагается в районе г. Кунгура, а южное -на широтном отрезке р. Уфы, в районе устьев pp. Ай и Тюй. После длительного следования русла р. Уфы вдоль восточной границы плато к югу, от устья р. Бугалыш река плавно поворачивает на юго-запад, а от устья р. Ай круто на запад. Принимая во внимание высокий рельеф Уфимского плато, пересечение его долиной р. Уфы возможно лишь по крупному тектоническому нарушению. На отрезке от д. Седяш, до устья р. Бартога река течет на запад, затем круто поворачивает на юг-юго-запад, согласно простиранию долины р. Бартоги (рис. 5.14). Но на повороте реки, в правом борту долины западному простиранию следует широкая зона брекчий, шириной не менее 400 м. Данная зона прослеживается от уреза воды до водораздела (высота около 100 м). Фрагментарно
