Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава I. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЖИ ПЕТРОФИЗИ-
ЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. МЕТОДЫ И МЕТОДОЛОГИЧЕС
КИЕ ПРИЕМЫ ПЕТР0ФИЗИЧЕСК0Г0 АНАЛИЗА 15
Х-
Краткие сведения'геолого-геофизической изученности кристаллических пород до-кембрийского фундамента ВКМ 15
Состояние петрофизических исследований (петрологические, геологические, геофизические аспекты) 27
Методика петрофизических обобщений 30
Основные методологические принципы петрофизических исследований 54
Глава П. ГЕОЛОГО-ПЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИВНОСТЬ ФИ
ЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГОРНЫХ ПОРОД 62
Направления изучения физических свойств гор
ных пород при геолого-геофизических исследо
ваниях 62
а. Плотность 71
б. Скорость упругих волн 82
в. Магнитные свойства 92
г. Вызванная поляризуемость 105
д. Пористость 109
Глава Ш. ПЕТРОФИЗИЧЕСКАЯ И ПЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕ
РИСТИКА ГОРНЫХ ПОРОД ДОКЕМБРИЯ ВКМ 120
А. Супракрустальные породы 120
Гнейсы, кристаллические сланцы 120
Сланцы, метапесчаники, кварцито-песча-
ники и туфы 136
Железисто-кремнистые образования докембрия ВКМ 148
Метабазиты (амфиболиты, порфироиды).... 155
Б. Ультраметаморфические и магматические
комплексы 175
Мигматиты 175
Гранитоиды 189
стр. Базит-гипербазитовые комплексы:
Габброиды, диориты 205
Перидотиты, пироксениты, апоперидотиты, апопироксениты 224
Глава ІУ. ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ДОКЕМБРИЯ ВКМ 252
Основные предпосылки построения петро-физических схем, разрезов 252
Петрофизические эталоны геолого-геофизического картирования, их описание.... 261
Некоторые правила построения петрофи-зических схем 302
Краткая характеристика петрофизических схем ВКМ (геолого-геофизические аспекты) 314
Глава У. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
ВКМ ПО ПЕТРОФИЗИЧЕСКИМ И ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИ
ЧЕСКИМ МАТЕРИАЛАМ 322
Стратиграфия докембрийских образований 338
Улыраметаморфические и магматические комплексы в структуре ВКМ 354
История геологического развития докембрия и оценка его рудоперспектив Збб
Глава УІ. ПЕТРОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХ
НЕЙ МАНТИИ ВОРОНЕЖСКОГО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО
МАССИВА 383
Обзор предшествующих работ 383
Характеристика материалов принятых в разработке модели строения литосферы
ВКМ Г 385
3. Петрофизическая модель литосферы ВКМ 398
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 412
ЛИТЕРАТУРА 417
Введение к работе
новым прогрессивным геолого-геофизическим, геохимическим методам исследований геологического строения земной коры уделено особое внимание в директивных документах ХХУІ съезда КПСС и перспективном плане развития народного хозяйства на предстоящее XI пятилетие и последующие годы /1,2/. Немаловажное значение в этом общем плане отводится развитию территориально-производственного комплекса КМА.
Только всестороннее комплексирование различных областей геологической науки и опережающее развертывание ее ведущих направлений способны обеспечить быстрые темпы роста промышленности необходимыми запасами минерального сырья. Воронежский кристаллический массив (ВКМ), в пределах которого сосредоточены уникальные запасы железных руд (КМА), а также выявлены промышленные концентрации сульфидных медно-никелевых руд, перспективы на поиски редких, цветных, включая редкие щелочи, металлов, может служишь эталоном применения и совершенствования современных методов и способов геологического познания. Изучение глубинного строения, состава и металлогении докембрийских кристаллических образований, перекрытых осадочными толщами (подобных ВКМ), является актуальнейшей проблемой геологической науки.
Одно из ведущих мест в структуре геолого-геофизических методов изучения геологии докембрийского фундамента ВКМ получила петрофизика, как неотъемлемое и связующее звено геологии и геофизики, как модель описания геологических явлений и, наконец, как способ геологического анализа. Петрофизические исследования в значительной мере расширяют физико-химические основы петрологии, способствуют более глубокому пониманию процессов магматизма, метаморфизма, тектоногенеза, рудоформирования, гидротер-
- 5 -мально-метасоматических и гипергенных явлений. С другой стороны, формирование петрофизических классов объектов, отождествление последних в геофизических полях, является основой геологической интерпретации данных геофизики и как следствие геологического картирования закрытых осадочными толщами кристаллических фундаментов.
В предстоящий период петрофизические работы необходимо ориентировать на взаимопроникновение геолого-геофизических исследований. Разветвленность геологических и геофизических направлений определяет соответствующее преломление петрофизической проблематики. В работе основное внимание уделено ее петрологическим аспектам и на этой основе решению вопросов геологии и геофизики докембрийских образований ВКМ.
Цель работы состоит в развитии петрофизических исследований и на их основе повышении эффективности изучения геологического строения, состава и металлогении докембрийского фундамента
вкм.
Поскольку главное внимание обращено на изучение состава, строения докембрия ВКМ на базе петрофизических исследований, в работе ставятся соответствующие задачи:
Разработка оптимальной для целей петрологии и геологической интерпретации геофизических данных петрофизической классификации горных пород на основе анализа корреляции физических параметров со структурно-вещественными признаками для генетически различных комплексов горных пород докембрия ВКМ.
Детальная пехрофизическая характеристика горных пород и рудных образований на эталонных объектах и установление принципов опознавания в геофизических полях выделенных петрофизических классов пород. Геологическая интерпретация геофизических данных в слабо разбуренных структурно-формационных зонах с по-
- б -
добными для соответствующих эталонов геолого-геофизическими связями.
3. Построение петрофизических карт докембрия ВКМ как основы геологических и формационных карт.
Ц-. Анализ геологического строения докембрия ВКМ на основе региональной петрофизической характеристики дорифейского фундамента.
5. Разработка петрофизической модели земной коры и верхов мантии ВКМ. Анализ связи петрофизики верхней части консолидированной коры докембрия и глубинных структурных этажей земной коры.
Основные положения работы:
Разработана первая петрофизическая классификация кристаллических пород Воронежского кристаллического массива на основе статистически изученных связей физических параметров, минерального и химического составов, строения и генезиса объектов. Установлена дискретность физических свойств одноименных мине-рально-петрохимических типов пород среди супракрустальных и магматических комплексов, в том числе салических, мафических и ультрамафических их типов. Выделенные петрофизические классы и группы положены в основу геологической интерпретации геофизических полей ВКМ.
Петрофизические эталонные схемы детально изученных объектов, впервые предложенные автором, обосновывают типизацию структурно-вещественной интерпретации геофизических полей на неопоис-кованных бурением закрытых территориях. Контрастно разделяющиеся по петрофизическим данным метабазиты архея, раннего и позднего протерозоя, наряду с железорудными образованиями, приняты в качестве опорных объектов геологического картирования докембрия ВКМ по материалам геологии и геофизики.
Образования архейского комплекса характеризуются относи-
тельной однородностью и силическим типом блоков. Протерозой-ские комплексы отличаются более дифференцированными составами, насыщенностью их метабазитовыми ассоциациями. В связи с этим выделены структурно-формационные комплексы прогеосинклинально-го архейского, протогеосинклинального нижнепротерозойского и протоорогенного позднепротерозойского этапов. Архейские образования формируют срединные массивы, купола, протерозойские -протяженные синклинорные зоны и грабен-синклинории.
По петрофизическим картам современного эрозионного среза фундамента установлено, что мегаструктурам КМА, Карачевской и Восточно-Воронежской, обладающих относительно высокой и пониженными плотностями, по геофизическим данным соответствует "легкий" (КМА) и "тяжелые" мегаблоки. Такое несоответствие связано с повышенной мощностью гранитно-гнейсового слоя и большей степенью дифференциации и гранитизации "легкого" мегаблока (КМА).
В предложенной блоково-слоистой петрофизической модели земной коры и верхов мантии выделяются k слоя и б горизонтов. В гранитно-гнейсовом слое мощностью 30-33 км, представленном тремя горизонтами, на глубинах 7-20 км выделяется область максимально-проявленной гранитизации. Определено, что с "легким" (по геофизическим материалам) мегаблоком КМА связаны железисто-кремнистые формации; с "тяжелым" - Восточно-Воронежским сульфидные медно-никелевые руды в базит-гипербазитовой формации нижнего протерозоя.
В основу работы положен широкий комплекс петрофизических и геолого-геофизических материалов, полученных и обобщенных при непосредственном участии автора в период с 1958 г по 1970 г. в геофизической экспедиции ПГО "Центргеология" МГ РСФСР и с 1970 г. по настоящее время в Проблемной лаборатории геологии
- 8 -и минерального сырья ЦЧэР Воронежского госуниверситета. Автором и под его руководством получено и привлечено к анализу более ЗООООО определений физических свойств, 20000 петрографических описаний горных пород в шлифах, 1600 полных силикатных анализов, достаточного объема минераграфических исследований рудных фаз по всем группам пород, химических, спектральных анализов некоторых породообразующих и рудных минералов, оптических констант главных минералов. Измерения физических свойств при высоких термодинамических параметрах выполнены в содружестве с группой М.П. Воларовича - Институт Физики Земли АН СССЯР. В процессе развития петрофизических исследований и их привлечения для петрологических, геологических и геофизических построений использовались определенные материалы ПГО "Центргеология", Западного геофизического треста, Кировской, Кольцовской экспедиций, Воронежского госуниверситета, ИГЕМ АН СССР, ВСЕГЕИ,Института геофизики АН УССР.
Многие вопросы диссертации явились дальнейшей разработкой целого ряда производственных и научных тем, выполняемых в геофизической экспедиции ПГО "Центргеология" МГ РСФСР, Воронежском госуниверситете, в которых автором рассматриваются петрофизичес-кие стороны поставленных задач, впервые для региона составлены петрофизические карты ВКМ. Наряду с этим, автор участвует в решении задач методики картирования докембрия, составлении геолого-геофизических карт докембрия ВКМ различных масштабов. Автором впервые для ВКМ проведен всесторонний анализ петрофизических материалов с позиции петрологических, геологических и геофизических приложений, получены новые результаты.
I. Составлена петрофизическая классификация объектов! для!
../^Іих опознавания в геофизических полях, на основе установленных закономерностей петрологической и геологической ин-
- 9 -формативности физических свойств.
Для генетически различных комплексов горных пород обоснованы строго специфические связи признаков - физических параметров, минерального и химического составов и их закономерная зависимость с особенностями распределений породообразующих химических компонент в сосуществующих минеральных парагенезисах.
Для докембрийских фундаментов, перекрытых осадочным чех-лом (на примере ВКМ), на основе петрофизики разработаны принципы геологической интерпретации геофизических полей и составлены петрофизические схемы. В результате получены материалы для более однозначного суждения о геологии верхней части консолидированного фундамента. Установлено существенное различие состава и строения архейских и протерозойских блоков, магматических формаций гранитов и мафит-ультрамафитов.
Ц-. Рассмотрены петрофизические аспекты средне и крупномасштабного геолого-геофизического картирования докембрия ВКМ, построены, отличающиеся от ранних схем, геолого-геофизические карты для отдельных блоков и региона в целом. Для юго-восточной части массива такие карты составлены впервые. Именно при составлении этих карт особое внимание обращено на выделение различных комплексов метабазитов, базит-гипербазитовых и гранитоидных интрузий различных формаций по петрофизические данным и в геофизических полях. Обосновано использование вулкано-плутонических ассоциаций в качестве маркирующих объектов для геологического картирования дорифейского фундамента.
5. В предложенной блоково-слоистой петрофизической модели земной коры и верхов мантии исследованы и взаимоувязаны данные петрофизики верхней части консолидированной коры, значения плотности и скорости главных типов пород, измеренные при высоких
термодинамических параметрах, геолого-геофизические материалы.и имеющиеся литературные петрологические выводы. Впервые обосновано выделение горизонта максимальной гранитизации в интервале глубин 7-20 км в гранито-гнейсовом слое коры.
б. Показаны петрофизические и геологические аспекты прямого к опосредованного выделения хорошо обогатимых магнетитовых кварцитов среди железорудных формаций КМА, сульфидных медно-никелевых рудопроявлений в базит-гипербазитовых комплексах ВКМ, а также дан металлогенический прогноз на некоторые редкие и цветные металлы, в связи с четкой реакцией физических параметров на рудогенериру-ющие и их сопровождающие явления (гидротермально-метаеоматичес-кие и др.).
Петрофизические исследования докембрийских горных пород определили новые возможности в изучении состава и строения погребенного под осадочным покровом фундамента ВКМ. По результатам петрофизических построений, на основе установленной петрологической и геологической информативности физических параметров, обосновано опознавание различных объектов по данным геофизических наблюдений. Петрофизические классификации горных пород региона непосредственно использованы в построении петрофизических схем и карт, в разработке методики геологического картирования докембрийских толщ закрытых осадочным чехлом, где без этих дан?* ных практически невозможно структурно-вещественное насыщение геологических карт. Существенное место в практике повышения результативности геологической интерпретации геофизических полей занимает анализ детальных петрофизических исследований на эталонных объектах, в пределах которых анализируется отражение охарактеризованных тел в геофизических полях, уточняются геолого-геофизические зависимости для данной ситуации. Выработанные схемы и модели геологического изучения докембрия ВКМ могут
- II -
быть использованы в других регионах.
Результаты петрофизических разработок диссертации, по мере развития конкретных вопросов, использовались в практике геолого-геофизических построений на ВКМ. Важнейшим направлением систематического привлечения данных петрофизики явилось совершенствование основ петрофизического разграничения горных пород и геологической интерпретации геофизических полей, составление геологических карт докембрийского фундамента и оценки его ме-таллогенической специализации. Эффективность петрофизики в этом отношении определяется глубокой функциональной связью физических параметров с различными геологическими явлениями и процессами, подчеркнутыми в выделенных петрофизических классах различных объектов. Впервые вопрос использования петрофизики, как основы геологической интерпретации геофизики в регионе, поднят в отчетах по темам: "Составление геолого-геофизической схемы докембрия юго-восточной части Воронежской антеклизы масштаба 1:100000 - 1:50000 и классификация выделенных интрузий базитов и гипербазитов" (1971); "Геологическое картирование докембрия и Воронежской антеклизы на топооснове 1:500000 м-ба" (1973;. Различные стороны петрофизики, рассмотренные автором, цитируются в десятках ссылок - различных отчетах региональных экспедиций и публикаций в открытой печати. Отдельные разработки используются в учебных курсах ВГУ - лекциях по петрографии с основами петрофизики. Петрофизические выводы для целей изучения глубинных этажей земной коры и верхов мантии представлены в научных отчетах по темам: "Разработка физико-механической и минералого-петрологической модели земной коры и верхней мантии Воронежского массива" (1973); "Комплексные геофизические исследования по изучению земной коры и верхней мантии центра Европейской части СССР" (1975); "Создать физико-математическую модель тектоносфе-
ры центральной части Русской платформы на базе экспериментальных и теоретических исследований" (1975); "Экспериментальные и теоретические исследования литосферы КМА и сопредельных регионов Воронежского кристаллического массива" (1981).
Структурно-вещественная основа геолого-геофизических карт, составленных с участием автора, без существенных дополнений использована в работах В.Д.Полищукаи др., 1976; Г.И.Раскатова и др., 1976; Н.М.Чернышова и др., 1974; И.П.Лебедева, 1977; Н.Д. Кононова и др., 1974; В.И.Павловского, 1975; И.Н.Щеголева,1981.
Основные положения работы докладывались на первом и втором петрографических совещаниях по Европейской части СССР (Киев, :.; 1966; Воронеж, 1972); на четвертом и шестом Всесоюзных совещаниях по изучению физических свойств горных пород при высоких давлениях и температурах (Тбилиси, 1974; Ташкент, 1981), Семинаре экспериментаторов в ГЕОХИ АН СССР (Москва, 1974); на второй Всесоюзной школе-семинаре по проблеме "Теория и практика интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Тбилиси, 1978). В 1974,1977 гг. по петрофизике ВКМ сделаны сообщения на семинарах в ЙГЕМ АН СССР, в 1979 г. - во ВСЕГЕИ. Доклады, сообщения заслушивались систематически на ежегодных научных сессиях геологического факультета (Воронеж, I970-I98I).
По теме диссертации опубликована: 31 работа, написаны разделы к 20 отчетам, составлены геолого-геофизические схемы юго-восточной части ВКМ 1:200000 и 1:100000 м-бов и для всей территории ВКМ 1:1000000 м-ба, ряд других карт различного назначения.
Диссертация состоит из шести глав, введения, заключения, табличных приложений. В первой главе по данным предшествующих исследований физических свойств и геологии докембрийского фундамента ВКМ определены задачи работы, рассмотрены методические и методологические вопросы петрофизических обобщений в регионе.
- ІЗ -Широко применены вероятностно-статистические, логико-информационные, графоаналитические методы построений и принципы системного подхода петрофизического анализа. В главе П на основе корреляции физических свойств с минеральным, химическим составом, строением для различных комплексов горных пород раскрыты многие аспекты петрологической, геофизической! и в целом геологической информативности физических параметров, тем самым созданы предпосылки петрофизической классификации объектов горнопородного и формационного уровней организации. Глава Ш посвящена детальной характеристике свойств и состава типов и видов горных пород внутри объединяющих их крупных классов и развитию петрофизической классификации горных пород докембрия ВКМ. В ІУ главе развиваются петрофизические аспекты методики картирования докембрийского фундамента ВКМ, составления петрофизических геолого-геофизических схем и карт. Особо обращено внимание на роль метабазитовых ассоциаций в изучении докембрийских образований ВКМ. В главах У и УІ рассматриваются основные черты геологического строения и металлогении докембрия ВКМ, петрофизическая модель коры и верхней мантии в соответствии с выявленными петрофи-зическими закономерностями иерархически соподчиненных геологических объектов.
Объем работы - 291 страница машинописного текста, 87 рисунков, 3 таблицы, 23 табличных приложения (т.П). Список литературы из 392 наименований работ.
В исследованиях в области петрофизики и ее приложений на их различных этапах автор пользовался советами, консультациями, совместными разработками Ю.А.Антонова, В.И.Бойдаченко, С.В.Богдановой, И.С.Вассермана, В.С.Дмитриевского, А.И.Дубянского,
- ЗА -О.И.Египко, И.А.Жаворонкина, В.В.Жданова, Я.П.Ковтун, Р.С.Кра-совицкой, И.И.Кривцова, Э.Б.Наливкиной, Т.А.Лапинской, В.И. Павловского, В.П.Петрова, Д.М.Печерского, Е.Б.Серебрякова, Н.А. Плаксенко, А.П.Таркова, С.М.Фролова, Н.М.Чернышова. Развитию различных вопросов петрофизики способствовала доброжелательная и конструктивная критика Б.П.Беликова, М.П.Воларовича, Н.Б. Дортман, которым обязано становление петрофизики в целом. Большую работу в оформлении петрофизических материалов автору оказали Е.К.Детушева и другие коллеги по работе. Всем перечисленным лицам автор искренне благодарен.
