Введение к работе
1. Посіяавовпа, проблеми. Новые экономические отношения в России определили не только организационные изменения геологической службы, но и потребовали поисков новых источников минерального сырья, в частности в пределах Северо-Кавказского региона.
Энергетические затраты геолого-разведочньк работ,социально- экономические требования и экологические условия региона ограничивают поисково-разведочные работы районами действия горно-рудных предприятий. Поэтому перспективы роста минерально-сырьевой базы во многом связаны с глубинными месторождениями полезных ископаемых. Эта тенденция отчетливо выражена в добывающих комплексах зарубежных стран, где главными источниками металлов являются докембрийские месторождения (Н.А.Быховер,1969; Г.В.Войтке-вич,Г.й.Лебедько,1970).
Необходимость и важность изучения докембрийских образований определяются значением полученных результатов в решении многих теоретических и практических задач геологии. Являясь главной частью геологической истории докембрий, в то же время, еще недостаточно изучен, хотя прогресс в фундаментальных исследованиях, а также обеспеченности растущих потребностей в минеральном сырье во многом связаны с докембрием. В то же время именно в геологии докембрия сохраняются наиболее дискуссионные вопросы, далекие от своего решения.
йкпуалъпость работа. Разработка методов комплексного прогноза глубинного строения юга Русской плиты к обрамляющих структур Северного Кавказа представляет собой крупную задачу региональной геологии, что и определяет актуальность проведенных исследований.
Диссертация представляет собой разностороннее изучение проблем глубинной геологии, которые относятся к числу первостепенных в современных науках о Земле (В.Е.Хаин, 1993),поскольку они решаются как при глубинном прогнозно-геодинамическом картировании (А.А.Ковалев, 1992), так и при общем геологическом прогнозировании (В.П.Орлов, 1991).
В настоящее время исследование глубинных структур получило новый толчок в связи с развитием методов изотопной геохимии и геохронологии, появлением новых геофизических методов ( в том числе
и томографии), а также глубокого и сверхглубокого бурения. Глубинное прогнозирование возможно лишь с учетом всех имеющихся геофизических параметров и данных геохимии.При этом необходимо отметить, что результата бурения Кольской и Саатлинской сверхглубоких скваїшн показали непригодность принятой геологической интерпретации геофизических границ и аномалий.
Глубинные исследования, включая разработку методов комплексной интерпретации геофизических данных все более глубоких горизонтов седиментосферы, являются первоочередными,непосредственно определяя будущее топливно-энергетического комплекса.
Основная цель р а б о н и состоит в выяснении особенностей геологического строения кристаллического фундамента, а также изменения геолого-геофизических и изотопно-геохимических характеристик по латерали: от архейдакнепротерозойских толщ юга Русской плиты, затем рифейских толщ обрамления Ростовского выступа, и далее примыкающих с юга гетерогенного фундамента Скифской плиты, а также складчатых структур Большого Кавказа. Конечная цель состоит в анализе полученных результатов для прогнозной оценки глубинного строения региона.
Цель работы достигается решением ряда задач, основными из которых явились следующие:
-
Выделение в составе фундамента главных стратиграфических подразделений и структурно-формационных зон.
-
Выяснение этапов магматизма.
-
Систематизация геофизических данных и сопоставление геофизических параметров различных метаморфических серий и магматических комплексов.
-
Анализ и обобщение физико-геохимических данных по глубоким и сверхглубоким скважинам( флюидоносность, трещиноватость и плотность пород).
-
Составление карт и схем глубинного строения различных структур и построение геолого-геофизических профилей.
21 а у ij я а я новизна работы. Комплексные исследования позволили разработать схему стратиграфического расчленения пород фундамента и провести сопоставление разрезов глазных структурных элементов, слагавших юг Русской плиты.
Установлены главные петрографические разновидности в архейских гнейсово-мигматитовых толщах, а также особенности состава протерозойских линейных и изометричных структур.Важным при этом
явилось выявление протслктоЕ (реликты раїшеархейских уяьтрабази-тов),проявлений древних гракитовдов с архейскими датировками, а также купольных структур,подтверждающих существование колонн гранитизации.
Впервые выявлено аначительное распространение рифейских образований - в окраинных зонах Ростовского'выступа, а также по южной и восточной периферии Воронежского массива, где отмечены проявления гранитовдного магматизма байкалид.Последние также характерны для основания Восточного Донбасса и Скифской плиты.
Впервые для всего региона проведено геологическое картирование погруженного фундамента платформы, основанное на комплексе геолого-геофизических работ, минерадого-геохимическом и петрохи-мическом изучении, а также изотопно-геохронологических исследованиях. Итог сравнительного анализа комплекса перечисленных данных показан на ' геологических картах, фиксирующих распределение архейских, раннепротерозойских и рифейских структурно-формационных зон. Глубинные разрезы, представляющие собой геофизические абстракции, увязаны с разными магматическими и метаморфическими ассоциациями пород.
Исходя из современных геолого-геофизических концепций нами предложена слоисто-глыбовая модель, созданная поэтапным синтезом различных разрезов - плотностного, трездиноватости, водонасыщен-ности и формационно-геохронологического. И, наконец, элементы новизны содержатся в садом подходе к исследованию фундамента закрытых платформенных областей юга Русской плиты всем комплексом геологических, геофизических и геохимических методов, а затем сопоставление с данными о фундаменте герцинской и альпийской зон.
Методы исследований. Объект исследований -кристаллические образования докембрийского возраста. Они являются конечным результатом наложенных процессов метаморфизма разного возраста. Вследствие этого методической основой работы является интерпретация геолого-геофизических материалов и оценка геохимических (в том числе и петрохимических) данных с последующим анализом состава древней коры. При этом использован изотопно-геохронологический метод сопоставления различных кристаллических образований.
Изотопно-геохронологические исследования проводились для возрастной оценки пород, а также для увязки разобщенных разрезов кристаллического фундамента. Использован в первую очередь ар-
гон-калиевый метод по разным минералам; привлекался также рубидий-стронциевый; кроме того выполнены свинцово-изотопные определения.
Значительный объем петрохимической информации позволил выявить общие тенденции формирования магматических образований региона, а также провести корреляцию метаморфитов.
Геофизические методы использованы для тектонического районирования фундамента плиты, так как выделенные геофизические поля соответствуют различным комплексам архея и протерозоя. Точность интерпретации была достаточной для геотектонических построений, поскольку во многих случаях подтверждена бурением. Геофизические данные послужили также основой построения глубинных разрезов (потенциальные поля, ГСЭ, МОВЗ и др.). Выполнены следующие исследования:
-
построение и анализ гравитационных моделей, представляющих основу глубинного прогноза;
-
анализ магнитометрической модели с учетом распределения поверхности Кюри;
-
анализ профилей ГСЭ, МОВ, ОГТ, МПВ, МОВЗ;
-
анализ результатов МТЗ и теплового потока.
Ключ для перехода от гравимагнитных и сейсмических данных к оценке состава глубинных зон учитывает возраст, степень метаморфизма и тип разреза (лейкократовый или меланократовый). Предлагаемая слоисто-глыбовая модель глубинного строения коры построена сначала для Ростовского выступа, затем для Скифской плиты и далее - Большого Кавказа.
Фактический материал. Представлен в первую очередь керном глубоких скважин, вскрывших фундамент на территории юга Русской плиты (более 200), а также в пределах Предкавказья (около 340). Исследовались образцы из обнажений кристаллических толщ Бечасынской зоны, Передового и Главного хребтов Большого Кавказа. Всего автором просмотрено около 10 тыс.шлифов и аншлифов.
Изучение химизма базируется на результатах петрохимических пересчетов (около 15 тыс.), выполненных в лабораториях предприятий "Севкавгеология" и "Юкгеология". Авторских анализов - 3780. Кроме того использованы 11 тыс. авторских спектральных анализов.
Геохронояогичестаэ и изотопно-геохимические исследования охарактеризованы 2530 анализами, из которых 820 являются авторскими.
Геофизические материалы представлены картами и графиками аномальных потенциальных полей, а такде профилями ГСЗ, пройденными в разное время на территории Северного Кавказа (6 профилей). Интерпретация данных произведена автором.
Практическое значение работы. Необходимость созданиясовременной модели глубинного строения региона вызвана, -в первую очередь, практическими потребностями. Она подготовлена к использованию и будет реализована в следующих областях- геологической практики.
і. Глубинный металлогенический прогноз в рудных районах Большого Кавказа. Перспективы рудоносности кристаллических толщ рифея-раннего палеозоя оцениваются как по региональным признакам (вариации мощности мегаслоев, нарушения- и контактовые зоны верхнего мегаслоя, особенности промежуточного мегаслоя), так и локальным - зоны проницаемости в зеленокаменных толщах, поперечные структуры, участки снижения степени метаморфизма в пределах локальных гравимагнитных аномалий и др.).
-
Глубинный структурный прогноз нефтегазоносных толщ юга Русской плиты. Он дает возможность оценить современные кинематические неоднородности - зоны разуплотнения, астенолинзы и другие нарушения, которые влияют на осадочный чехол (в том числе и в пределах "старых" нефтедобывающих районов).
-
Глубинный геотермический прогноз сейсмоактивных зон и другие аспекты прогноза землетрясений Кавказа, поскольку сейсмичность является производным глубинных тектонических процессов (в первую очередь,в промежуточном мегаслое).
Публикации по теме диссертации. Реэультаты исследований опубликованы в 9 монографиях и 35 статьях. Они изложены, в частности, в 46 томе "Геологии СССР", карте дорифейского фундамента Восточно-Европейской платформы (под.ред.В.Н.Неволина), в монографиях "Полезные ископаемые и металлогения докембрия", "Фундамент Северного Кавказа", "Геохронология Северного Кавказа", "Петрохимия кристаллиникума Северного Кавказа" и др.
Статьи публиковались в сборниках и журналах:"Доклады АН СССР" "Известия АН СССР, серия' геол."."Известия вузов,геология и разведка", - и в других изданиях.
Объешрабо* и. Диссертация основана на всех вышеперечисленных публикациях,общим объемом в количестве 35,5 печатных
листов, в которых скрадены глазные защкпдемые положения.
Апробация работа. Основные выводы и положения диссертационной работы опубликованы в центральной печати, з сборниках и монографиях.
Материалы исследований были доложены или представлены автором на ряде совещаний и симпозиумов - Международный геохимический конгресс (1978), Международный карбоновий конгресс (1975), сессии Комиссии по определению абсолютного возраста геологических формаций АН СССР (1971, 1974, 1979, 1982), Симпозиумы по стабильным изотопам, Петрографические совещания по Европейской части СССР (1972, 1976), совещания по геологии и полезным ископаемым, проводимые предприятиями "Юкгеологией","Севкавгеологией" (1970, 1974, 1985, 1992, 1995). Они обсуждались на ежегодных научно-геологических конференциях Ростовского университета.
Кроме того, геохронологические и геолого-металлогенические разработки нашли и находят подтверждение в результатах поисково-разведочных работ, проводимых в регионе.
1. Латеральная зональность геолого-геофизических и изотоп
но-геохимических параметров определяет наличие двух главных типов
структур: складчато-глыбовых Ростовского выступа и линейно-зо
нальных Восточного Донбасса, вала Карпинского и ряда элементов
Скифской плиты.
Раннедокембрийские блоки, выделенные на юге Русской плиты, образуют гранит-зеленокаменные области, для которых отмечен куполовидный структурный план, а также резкое преобладание условий амфиболитовой фации.
Консолидированная в архее кора представляет собой градиен-тно-неоднородную среду с общей тенденцией постепенного роста плотности с глубиной, для которой в верхней части выделены грани-тоидный и гнейсово-мигматитовый, а также зеленокаменный комплексы. В средней части разреза полученным данным удовлетворяют тона-литовый и диорит-гранулитовый комплексы, а низам - соответствуют гранулит-базиговый и базит-ультрабазитовый комплексы.
2. Кристаллический фундамент охарактеризован нами рядом мно
гослойных разрезов мегаслоев и литопластин, на которых фиксирует-
ся отражение в мантии всех главных структурных элементов региона.
- Глубина залегания границы Ыэхо не зависит от возраста, а
вариации Нм определяются структурными признаками. Геохронодоги-
ческий анализ разновозрастных тектонических элементов свидетель
ствует о том, что мощность земной коры больше принятой сейчас.
3. По южной окраине Русской плиты установлен рифейский этап
активизации кристаллических толщ - в краевых частях юго-восточно
го сіиюка Воронежского массива, ступенчато погружающихся в сторо
ну Прикаспия и Донбасса, а также по периферии Ростовского высту
па.
Выявлены кислые магматические комплексы байкалид в виде трещинных интрузий порфйровидкых гранитоидов. Впервые доказано присутствие слабо метаморфизованкых терригенных толщ рифея в пределах Ростовского выступа,., сопоставимых с овручской серией западной окраины Украинского,-щита.,
Рифейские отложения развиты в пределах Восточного Донбасса и по западному борту Йрикаспия. Для Скифской плиты они доказаны нами на территории Сальского вала.
4. Отмечено постепенное усложнение глубинного строения более
молодых структурных элементов региона. Фундамент Скифской плиты
представляет собой гетерогенное сооружение, сформированное в те
чение байкальско-герцинского этапов.
Зона сочленения Скифской плиты и Большого Кавказа носит неровный шарьяхно-надвиговый характер с изменением направлений плоскостей смещения.
Интерпретация геолого-геофизических, изотопно-геохимических и петрохимических данных показывает (в отличие от экстремально мобилистских построений), что геодинамическое развитие Северного Кавказа в позднем рифее шло в достаточно ограниченной части пространства - на южной окраине Русской плиты. Перемещение литос-ферных плит были мало- и среднемасштабными, -не выводящими исходные фрагменты глубинных горизонтов за пределы региона.
