Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4

По Ю. С. Каретину (рис. 3, а) Тагильский прогиб представляет целостную грабенообразную структуру с плоским днищем и четко выраженными бортами.
Развита сложная система листрических сбросов растяжения, большей частью трансформированных в малоамплитудные надвиги. Фиксистское существо модели автор обосновывает тем, что амплитуды смещений относительно малы и не нарушают существенным образом первичную троговую синседиментационную структуру растяжений. Расположенные к западу от СГ-4 интрузии
Платиноносного пояса рассматриваются в виде несмещенной магмоподводящей зоны, субвертикально уходящей на глубины свыше 50 км и не пересекающейся скважиной. По выражению автора, эти интрузии «сшивают» весь разрез.

В. Н. Пучков при построении своей мобилистской модели (см. рис. 3, б) исходит из результатов геологических исследований в зоне сочленения
Тагильской и Центральноуральской зон севернее района бурения, где устанавливается залегание пород Тагильского комплекса в виде тектонического покрова регионального значения . Используя изменение положения с глубиной отражающих площадок (по данным MOB и ГСЗ) с глубиной, автор модели предполагает соответствующее выполаживание поверхностей тектонического срыва на глубине и прогнозирует их подсечение сверхглубокой скважиной.
Одновременно предполагается возможность повторения в разрезе отложений с глубины 7 км, имеющих более молодой возраст, чем вышележащие, в пользу чего, по мнению. В. Н. Пучкова, свидетельствует установленная ГСЗ неоднократная инверсия скоростей на глубинах 7—17 км. На вопрос о том, какие комплексы тектонически совмещаются в предполагаемом разрезе СГ-4, автор не дает однозначный ответ. В качестве возможного состава наиболее интересной малоплотной пластины на глубине 7—9 км высказаны следующие варианты: вулканогенно-осадочные отложения верхнего силура—девона
Тагильской зоны; плагиограниты, плагиогнейсы (плагио-мигматиты); серпентинитовый меланж, сближенные зоны рассланцевания; ордовикско- девонские существенно терригенные отложения континентального подножия.
Пластина, расположенная на глубине 9—11 км, наиболее вероятно, принадлежит меланократовому фундаменту (габбро, амфиболиты, ги-пербазиты), первично подстилавшему вулканогенные комплексы Тагильской зоны. На глубине 11 км и ниже ожидается вскрытие метаморфических, принадлежащих фундаменту утоньшенного, частично разрушенного при рифтогенезе края Восточно-
Европейского континента — переходной зоны oт континентальной коры к океанической. Не исключено, что на глубине 11-15 км повторяетя тектонический разрез палеозойских эвгеосинклинальных толщ и их меланократового основания.

В модели С. Т. Агеевой, А. Г. Волчкова и П. С. Ревякина (ЦНИГРИ) под
Тагильской эвгеосинклиналью предполагается куполовидное поднятие гранулит- базитового слоя, свод которого расположен на глубине около 12— 13 км. Выше должны залегать слабо вскрытые на поверхности отложения океанической коры, в основании которых залегает мощный офиолитовый комплекс, инъецированный крупными телами гипербазитов.

В. И. Сегалович (КамНИИКИГС) составил два крайне мобилистских варианта модели, исходя из гипотезы обширного, протяженностью в сотни километров, тектонического перекрытия окраины Восточно-Европейского континента покровами, состоящими из продуктов спрединга окраинных и междуговых бассейнов, а также островодужных вулканитов. Согласно этой модели, СГ-4 до глубины 6 км вскроет вулканогенно-осадочные комплексы верхней части
Тагильского прогиба, далее пересечет интрузивные образования Платиноносного пояса, метаба-зиты низов лландовери, мощную (порядка 3 км) пластину ультрабазитов, и, наконец, после 14 км войдет в отложения верхнего девона — нижнего карбона Восточно-Европейской плиты. Согласно другому варианту, СГ-4 пересечет весь разрез аллохтонной части прогиба, называемой автором
«Тагильским пакетом покровов», и, возможно, достигнет подстилающей кровли
Улсовско-Висимской зоны поддвига (Оз— D2 ).

Н. Г. Берлянд (ВСЕГЕИ) отдает предпочтение существенно габброидному варианту разреза, согласно которому в интервале 7—14 км предполагается вскрыть габброиды, сопоставимые с арбатским комплексом, выходящим на поверхность западнее СГ-4.

По К. П. Плюснину (ПГО «Уралгеология»), Тагильский прогиб является сложным образованием, которое формировалось на одних стадиях как грабен, а на других—как рамповая структура. В предложенной им модели большая роль отводится разновозрастным тектоническим нарушениям, разбивающим исследуемую часть прогиба на многочисленные блоки, что усложняет увязку вскрываемого скважиной разреза с поверхностными структурами и требует проведения систематических структурно-тектонических исследований.

В рифтогенной модели Л. И. Десятниченко (ПГО «Уралгеология») формирование эвгеосинклинального прогиба связано с интенсивным растяжением земной коры вдоль глубинного разлома, сопровождающимся постепенным заполнением формирующейся структуры раннегеосинклинальными образованиями боткой фундамента. В последующие этапы переработке подвергаются и ранние офиолитовые комплексы. Таким образом, под прогибом сохраняются лишь переработанные фрагменты допалеозойских комплексов, и перед скважиной стоит нелегкая задача идентификации агломерата гетерогенных образований.

Несмотря на то что практически все модели базируются, по существу, на одной и той же геофизической информации, в совокупности они выявляют разноречивость представлений о глубинном строении Урала. Исключая самую верхнюю часть прогиба, модели противоречат по всем более или менее существенным компонентам прогнозируемого разреза: его непрерывности или тектонической разобщенности, возможности пересечения скважиной тел габброидов и ультрабазитов, глубине и составу основания прогиба, перспективам вскрытия рудоносных комплексов, природе слоев, инверсии скоростей и др.

Можно сделать вывод ,что указанная разноречивость объективно и наглядно отражает не только состояние глубинных геолого-геофизических исследований на Урале, но и, в какой-то мере, всей геологии в целом. Нетрудно понять жизненную необходимость сверхглубокого бурения, поскольку только прямое проникновение в недра способно обеспечить теоретическую геологию и прикладные металлогенетические исследования фундаментальной фактографической основой, существенно освободив их от всякого рода условностей и фантазий.

Первоначально намеченную проектную глубину СГ-4— 15 км следует считать достаточно обоснованной. При этом скважиной должны пересекаться основные структурно-вещественные комплексы Тагильского прогиба, включая меланократовые образования нижней части разреза, и достигнуто надежное вскрытие фундамента с глубиной врезки до 1,5 км. По наиболее оптимистичным прогнозам (Ю. С. Каретин, В. С. Орлов), предполагающим относительно менее глубокое залегание фундамента прогиба, минимально необходимая глубина скважины может доставить 12—13 км. С учетом этого глубину 12 км можно определить как оптимальный рубеж, по достижении которого целесообразно рассмотреть вопрос о конечной глубине бурения скважины.

Прогнозные модели верхней части земной коры района Уральской СГ-

4 ( с упрощениями авторов)

[pic]

Рис.3 а — фиксистская (геосинклинально-троговая), по Ю. С. Каретину, 1988; б—мобилистская, по В.Н.Пучкову, 1988 .

I — протоофиолитовая ассоциация, 2 — гранулито-базитовый комплекс архея, 3
— геофизический базальтовый слой, 4 — меланократовый фундамент; типы разрезов: I — Лемванский, II—Тагильский

5. Петрографическая характеристика горных пород

Эффузивные породы. Базальты и андезибазальты. Среди эффузивных пород лавовой фации могут быть выделены четыре разновидности, слагающие обособленные пачки.

Породы верхних трех пачек — андезибазальты — различаются количеством, размером и составом вкрапленников. В верхней пачке они имеют размеры в доли миллиметра, составляют до 5 % объема породы и представлены альбитизированным плагиоклазом и клинопироксеном. Породы второй сверху пачки преимущественно афировые, третьей — содержат от 20 до 50 % крупных
(до 4 мм) вкрапленников плагиоклаза, иногда образующих сростки, и единичные более мелкие вкрапленники клинопироксена и ортопироксена , замещенные хлоритом.

Основная масса андезибазальтов состоит из микролитов альбитизированного плагиоклаза, расположенных беспорядочно (участками субпараллельно) или собранных в сноповидные срастания, зерен клинопироксена, пылевидных выделений и скелетных кристаллов рудного минерала (магнетита—титаномагнетита) и продуктов изменения стекловатого мезостазиса — хлорита, эпидота, пренита. Для афировых андезибазальтов характерны обильные (до30 % объема породы) миндалины, в других разновидностях они единичны.

Базальты, слагающие четвертую сверху пачку, содержат вкрапленники плагиоклаза, клинопироксена и ортопироксена (псевдоморфозы хлорита и карбоната), составляющие от 20 до 50 % объема породы. Основная масса на
30—70 % состоит из микролитов плагиоклаза, в промежутках между которыми располагаются зерна клинопироксена и хлоритизированное и соссюритизированное стекло. Пылевидные выделения и мелкие кристаллы рудного минерала обычно приурочены к псевдоморфозампо ортопироксену. Миндалины, достигающие 2,5 см в поперечнике, редки.

Во всех разновидностях эффузивов в качестве вторичных минералов, слагающих миндалины, неправильные гнезда и жилки, встречаются хлорит, пренит, пумпеллиит, эпидот, кальцит, кварц, опал, альбит. Судя по высокой степени сохранности структуры пород и первичных минералов (клинопироксена, магнетита), а также составу и количеству вторичных минералов,метаморфизм пород соответствует пренитпумпеллитовой фации .

Вулканогенно-обломочные породы. Наиболее распространенный тип вулканогенно-обломочных пород (особенно до глубины 3 км) — тефроиды. Глубже
1870 м значительную роль играют вулканогенно-осадочные породы: туффиты различной размерности, туфопесчаники и туфоалевролиты. Туфы выделяются в виде маломощных слоев среди тефроидов по наличию мелких осколков стекла рогульчатых и серповидных форм, а также обломков со следами закалки, болееразнообразной степени окатанности обломков (от угловатой до среднеокатанной).

Тефроиды в основном кристаллолитокластические или литокластические, реже литовитрокластические и кристалловитролитокластические, среди туфов встречены и кристаллокластические разности. Цемент гидрохимический, поровый или соприкосновения, редко порово-базальный и базальный; состоит из пренита, карбоната, хлорита, пумпеллиита, эпидота, цоизита, кварца, бурого глинистого вещества, иногда гематитизирован. Тефроиды и туфы имеют однообразный базальт-андезибазальтовый состав обломков, лишь ниже 3683 м резко возрастает роль кислой кластики.

По степени метаморфизма обломки и цемент не отличаются от эффузивных пород верхней пачки. В вулканогенно-обломочных породах по сравнению с эффузивными среди новообразованных минералов в интервале до глубины 3000 м несколько возрастает (>10 %) роль пумпеллиита и эпидота, а глубже 3000 м — кальцита и кварца. Во всех породах литокластов клинопироксен обычно свежий, плагиоклаз представлен альбитом, часто сопровождающимся продуктами деанортизации, ортопироксен и оливин присутствуют в виде полных псевдоморфоз хлорита, эпидота, кальцита, халцедона.

Среди базальтов и андезибазальтов могут быть выделены разновидности со следующими парагенезами вкрапленников: СРх—PI; PI; OI—OPx—CPx—PI, PI—СРх (с преобладанием последнего), СРх. Породы различаются также размером вкрапленников, их количеством, структурой и составом основной массы, наличием миндалин.

Клинопироксен-плагиофировые андезибазальты и базальты содержат вкрапленники размером от долей до 1—2 мм, среди них плагиоклаз составляет от 5—10 до 25 %, клинопироксен — до 3—5 % объема породы. Встречаются разновидности с сериально-порфировой структурой, максимальным размером вкрапленников до 5—б мм и количеством вкрапленников плагиоклаза до 20—25, клинопироксена — до 10—15 %. Иногда оба типа вкрапленников образуют гломеры. Структура основной массы пород чаще гиалопилитовая или гиалиновая, реже интерсертальная; иногда отмечается флуктуационная текстура.

Плагиофировые андезибазальты из различных обломков несколько различаются по структуре, количеству миндалин. Встречаются разности с порфировой, гломеропорфировой (часто с вкрапленниками плагиоклаза двух генераций), сериально-порфировой структурой. Количество вкрапленников от единичных до 40—45 % объема породы, размеры их — доли миллиметра, реже до
2,5 мм. Некоторые вкрапленники содержат включения стекла, замещенного хлоритом. Структура основной массы — от гиалиновой до гиалопилитовой, иногда интерсертальная с участками пилотакситовой, спилитовидной, в отдельных случаях скрытокристаллическая.

В оливин-ортопироксен, клинопироксен-плагиофировых базальтах вкрапленники плагиокла размером до 1х2 мм составляют 20—30 % объема породы, клинопироксена — 2—15 %. Наряду с ними в породах присутствуют псевдоморфозы по вкрапленникам других темноцветных минералов (до 5—7 %), сложенные хлоритом, участками эпидотом, кальцитом и халцедоном, часто содержащие включения зерен рудного минерала. Судя по характерным формам, псевдоморфозы принадлежат к ортопироксену. Присутствие в этой группе пород нормативного оливина позволяет допустить, что отчасти псевдоморфозы являются апооливиновыми, хотя типичные для этого минерала формы не обнаружены. В инт. 2700—2900 м. встречены разновидности, в которых во вкрапленниках присутствует и амфибол (2—3 %). Породы имеют интерсертальную, гиалопилитовую, гиалиновую структуру основной массы.

Плагиоклинопироксенофировые базальты обнаружены в единичных шлифах на различных глубинах. Во вкрапленниках, составляющих в целом от 7—8 до 40—45
% объема породы, клинопироксен заметно преобладает над плагиоклазом, часто имеет более крупные размеры. В отдельных шлифах присутствуют также редкие псевдоморфозы по ортопироксену . Основная масса породы — гиалиновая, представляет собой мелкозернистое хлоритизированное стекло с флуктуационной текстурой, определяющейся субпараллельной ориентировкой сплющенных миндалин и игольчатых микролитов плагиоклаза.

Клинопироксенофировые базальты (шл. 19125) присутствуют в обломках размером 1—5 мм. Вкрапленники клинопироксена (до 0,8х0,6 мм), часто образующие сростки, составляют 15—25 % объема породы, основная масса имеет гиалиновую, иногда переходную к гиалопилитовой структуру.

Во всех порфировых базальтах и андезибазальтах литокластов основная масса состоит в основном из разложенного стекла, в которое заключены микролиты плагиоклаза (размером до 0,1 мм), клинопироксена (до 0,05 мм) и тонкая пыль рудного минерала. Характерные вторичные минералы мезостазиса — хлорит, в меньшей мере пренит, пумпеллиит, эпидот. Эти же минералы наряду с карбонатом и халцедоном слагают миндалины, составляющие обычно 5—10, редко до 30—40 % объема пород.

Наряду с порфировыми базальтами и андезибазальтами в литокластах встречаются и их афировые разновидности с гиалиновой, гиалопилитовой, спилитовидной, а также пилотакситовой и интерсертальной структурой. (Не исключено, что часть их представляет собой участки основной массы порфировых пород.)

Более салические, чем андезибазальты, породы имеют в составе литокластики подчиненное распространение.

Среди андезитов есть плагиофировые и клинопироксен-плагиофировые разновидности; структура основной массы в основном гиало-пилитовая, реже пилотакситовая.

Обломки кислых пород — плагиофировых и кварц-плагиофировых андезидацитов, дацитов, реже риодацитов — постоянно встречаются глубже 3500 м. Их не всегда удается отличить от встречающихся в этом интервале гидротермально-метасоматически измененных пород. Они содержат микровкрапленники плагиоклаза (до 5—7 %) и кварца (до 3—5 %) или только плагиоклаза, а также иногда клинопироксена (большей частью псевдоморфозы по нему). Вкрапленники кварца часто оплавлены, иногда имеют «изъеденные» края, содержат включения хлорита и карбоната. Основная масса обычно представлена агрегатом кварца и альбита микрофельзитовой, фельзитовой, микролитозернистой, иногда с элементами пойкилобластовой структуры, содержит серицит, сфенлейкоксен, эпидот, рудный минерал, карбонат, апатит.

Наряду с описанными типами литокластов постоянными элементами тефроидов и туфов являются витрокласты и кристаллокластический материал.

Стекловатые породы лавового облика периодически встречаются в обломках в интервале 445—3350 м. Присутствуют как практически нераскристаллизованные разновидности, представленные хлоритизированным, часто пумпеллиитизированным или пренитизированным стеклом, так и с небольшим количеством микролитов, реже вкрапленников измененного плагиоклаза.
Выделяются стекловатые породы с флюидальностью (обусловленой субпараллельной ориентировкой вытянутых миндалин) и без нее (с миндалинами изометричной формы). Разнообразно выполнение пустот и пузырьков (хлорит, мозаичный кварц, халцедон, пренит).

Кристаллокласты встречаются в туфах и тефроидах повсеместно, иногда образуя самостоятельные слои в верхних частях ритмов. Кристаллокласты принадлежат к плагиоклазу и клинопироксену, размер их до 5—6 мм. Часто они имеют правильные кристаллографические формы, ненарушенную зональность и представляют собой, по-видимому, практически не подвергшийся обработке пирокластический материал. Встречены также кристаллы со сглаженными формами, резорбированные. Ниже глубины 3625 м (особенно в интервале
3720—3825 м) в кристаллокластах появляются обломки кварца до 5 мм в поперечнике с включениями хлоритизированного стекла каплевидной формы.

Туфоалевролиты, туфопесчаники, туффиты. Слоистые туфоалевролиты, туфопесчаники и туффиты алевритовой размерности встречены в керне скважины
СГ-4 преимущественно на трех уровнях: в интервалах глубин 74,7 м—127 м, в том числе среди подушечных лав, 1717 м—1966,5 м и глубже 2979,3 м.
Слоистость выражена вариациями размерности обломков, состава цементирующей массы и обломков, реже ориентировкой последних. Сортированность материала обычно хорошая. Окатанность обломков широко варьирует, чаще они угловатые и слабоокатанные.В обломочном материале — Кристаллокласты плагиоклаза, кварца, клинопироксена, а также обломки пород, ранее описанных в составе крупных литокластов. Цемент большей частью — соприкасания, реже поровый, гидрохимический. Содержит пелитоморфное бурое вещество, глинистые минералы, пренит, хлорит, карбонат, кварц, альбит, пумпеллиит, эпидот, сфен, серицит, рудные минералы, углистое вещество. Для пород первого уровня характерна хорошая сортированность материала, преобладание алевролитовых и пелито- алевритовых разностей. Для второго уровня — меньшая сортированность обломков, обилие кристаллокластов плагиоклаза. Третий уровень характеризуется обилием алевритового материала, высоким содержанием в нем углистого вещества (до 1,5 %) и сульфидов (до 4 %), придающих породам отдельных слоев черную окраску, большим количеством обломков кислых эффузивов и метасоматитов. По границам слоев и в прослойках черных алевролитов встречаются скопления мелких кристаллов пирита, халькопирита, пирротина.

Интрузивные породы. Среди интрузивных пород могут быть выделены две группы. Породы одной из них — базальты и андезибазальты, встречающиеся преимущественно в верхних 1000 м разреза, по вещественно-структурным особенностям и, вероятно, по возрасту близки к лавам. Другая группа — меланобазальты и микродиориты — не имеют аналогов среди вулканических пород и являются, вероятно, более глубинными и более молодыми, чем субвулканические базальты и андезибазальты.

Базальты и андезибазальты. Породы, как правило, имеют отчетливую порфировую структуру и различаются главным образом по составу, количеству и размерам вкрапленников. Выделяются разновидности, слагающие обособленные тела, со следующими парагенезами вкрапленников:

1. PI (20—35 %) — СРх (10—15 %) — ОРх (10—15 %), преобладающий размер вкрапленников 0,2—0,8 мм (49,9—88 м, обр. 48—202; 695—700 м, обр.
4544—4570);

2. СРх (20—30 %) — ОРх (10 %) — PI (5 %), размер 0,5— 1 мм (79—84 м, обр. 135—183);

3. PI (25—30 %) — 01? (5 %) — P1 (5 %), размер 1—6 мм (384—395,5 м, обр. 2478—2527, 2534—2546);

4. pi (40—60 %) — СРх (10—20 %), размер 0,5—2 мм (922,6— 942,5 м, обр.
6124—6238);

5. P1 (10—15 %) — СРх (3—5 %), размер до 6 мм (1023— 1025 м, обр.
6763—6781; 2830,6—2833,2 м, обр. 17384—17391);

6. СРх (20 %) — 01 + ОРх (5—7 %) — P1 (5 %), размер до 1 мм
(3712,5—3116,1 м, обр. 22753—22792).

В самостоятельную разновидность могут быть выделены афировые базальты, слагающие ряд секущих тел внутри третьей (сверху) пачки лав (в интервале глубин 264,8—384 м, обр. 1692, 1747—1772, 2010, 2048 и др.) Изредка в этих породах встречаются вкрапленники клинопироксена размером до 1—4 мм, характерны мелкие миндалины хлорита.

Основная масса пород в разных телах и разных частях одного тела имеет неодинаковую степень раскристаллизации, структура ее меняется от гиалопилитовой до полнокристаллической призматически-зернистой. Основная масса состоит из удлиненных кристаллов плагиоклаза и клинопироксена и переменных количеств полностью замещенного вторичными минералами мезостазиса. В разновидностях 3,4 и 5 плагиоклаз заметно преобладает над пироксеном, в других разновидностях объемы их близки. Рудные минералы группы магнетита—титаномагнетита выделяются в виде мелких кристаллов (часто включенных во вкрапленники оливина или ортопироксена), а также скелетных дендритоподобных кристаллов и пылевидных скоплений. В разновидностях 2 и 6 встречаются единичные зерна хромшпинелида, включенные во вкрапленники темноцветных минералов.

Во всех породах плагиоклаз альбитизирован, соссюритизирован, замещен частично пренитом, по оливину и ортопироксену образованы полные псевдоморфозы хлорита и карбоната. В основной массе развиваются пренит, кварц, кальцит, пумпеллиит.

Страницы: 1, 2, 3