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

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.

Меланобазальты встречаются на протяжении всего разреза СГС-4 в виде

секущих тел мощностью до 8,7 м. В качестве особой их разновидности могут

быть выделены лампрофироподобные меланобазальты, встреченные в обломках

(возможно, «хвост» дайки) на глубине 3125,6 (обр. 19063—19065) и 3621 м

(обр. 21922), а также в дайках.

Меланобазальты имеют обычно хорошо выраженную порфировую структуру.

Вкрапленники составляют до 30—35 % объема породы и представлены

клинопироксеном (20—25 %) и полными псевдоморфозами по оливину (5—10 %).

Кристаллы клинопироксена имеют размер до 6 мм, короткопризматическую форму,

часто зональны и полисинтетически сдвойникованы. Псевдоморфозы по оливину

также короткопризматические, иногда бочонковидные, размером не более 2—3

мм. Они сложены хлоритом или карбонатом, реже (полностью или только в

центре зерен) кварцем. Изредка встречаются микровкрапленники

соссюритизированного плагиоклаза.

Основная масса пород имеет в центральных частях тела меланобазальтов

структуру, близкую к призматически-зернистой, а в краевых частях — от

интерсертальной до гиалопилитовой. Она состоит из зерен (размером 0,05—0,1

мм) клинопироксена изометричной или короткостолбчатой формы (20—35 %),

альбитизированного и соссюритизированного плагиоклаза (15—21 %), амфибола

(5—7 %), рудного минерала из группы титаномагнетита—магнетита

(3—5 %). Встречаются редкие зерна хромшпинелида, обычно внутри псевдоморфоз

по оливину. Интерстиции заполнены тонкочешуйчатым хлоритом (40—55 %).

Редкие миндалины размером 0,3—0,7 мм (5—7 % объема породы) сложены пренитом

и хлоритом, вокруг миндалин развиваются мелкие зернышки амфибола.

Лампрофироподобные меланобазальты отличаются от описанных выше

присутствием до 15—20 % амфибола, меньшим размером вкрапленников (не более

1 мм).

Микродиориты образуют достаточно мощные тела на разных глубинах.

Структура их гипидиаморфнозернистая, призматически-зернистая, на глубинах

ниже 3450 м неотчетливо порфировидная за счет вкрапленников клинопироксена

размером до 2 мм. Главные минералы — альбитизированный плагиоклаз (часто по

нему развиваются также эпидот, карбонат, хлорит, пренит) таблитчатой,

брусковидной формы, размером 0,2—0,8 мм (60—80 %) и роговая обманка

размером 0,1—0,6 мм (10—15 %). В породе также присутствуют хлорит, частично

развивающийся по роговой обманке и, возможно, по биотиту (?) или

заполняющий интерстиции; биотит (0—3 %); кварц — от единичных зерен до 4—7

%; клинопироксен (до 5 %) с развивающимися по нему эпидотом, карбонатом,

кварцем; рудный минерал (до 4 %); апатит (до 1 %) в виде призматических и

игольчатых кристаллов.

По петрографическим и петрохимическим данным состав вулканитов в

.пределах первых трех толщ до глубины 3487 м преимущественно базальтовый

(62 %), менее распространены андезибазальты (32%) и андезиты (6%). В

интервалах вскрытия флишоидной толщи (3487—4064 м) состав пород довольно

резко меняется на андезидацитовый (вплоть до риодацитов). По суммарной

щелочности преобладают вулканиты нормального ряда, на долю субщелочных

приходится третья часть проанализированных образцов. По типу щелочности в

равной мере развиты как калиевые, так и калиево-натриевые разности.

Большинство пород (63%) известково-щелочной серии, остальные — толеитовой.

При анализе изменчивости с глубиной содержаний породообразующих оксидов

и отдельных элементов, с одной стороны, устанавливается незакономерный

характер изменения их концентраций как свидетельство быстро меняющихся

условий формирования комплексов со сложным сочетанием вулканических и

осадочных процессов, придающих разрезу некоторые черты «мусорности». С

другой стороны, колебания содержаний некоторых оксидов, особенно в их

сочетании, груборитмичные и, вероятно, отражают эволюцию локальных

магматических очагов, питающих вулканы в районе СГ-4.

За исключением близости составов эффузивной (0—430 м) и верхней

подтолщи вулканокластических толщ (430—1873 м), остальные подразделения

разреза петрохимически существенно различаются. При этом наибольшие

аномалии химического состава свойственны интервалу флишоидной толщи.

В целом по петрохимическим данным устанавливаются умеренно слабая

степень дифференцированности развитых во вскрытой части разреза СГ-4

вулканитов и принадлежность их к островодужным комплексам, отличающихся от

современных аналогов последних преобладанием базальтов, более высокой общей

щелочностью, повышенными концентрациями Сг, Со, Ni, V, Sr.

Минералого-петрографическим анализом метаморфических ассоциаций

установлено, что в пределах всего вскрытого разреза породы претерпели

.метаморфизм пренит-пумпеллитовой фации. При этом степень метаморфизма

постепенно нарастала с глубиной и по ряду признаков, наблюдаемых в нижней

части разреза (исчезновение с глубины 3400 м пумпеллиита, уменьшение доли

пренита), можно ожидать скорое вхождение скважины в область развития

зеленосланцевой фации метаморфизма. Более подробно особенности

метаморфических преобразований в пределах вскрытого СГ-4 разреза

рассмотрены в работе И. В. Викентьева и др., где сделан вывод о протекании

этого процесса в условиях невысокого палеоградиента (до 20 °С на 1 км) и

температуры не выше 250 °С.

С долей условности можно выделить несколько типов рудной минерализации,

среди которых наиболее интересны послойные и кластогенные проявления.

Послойная сульфидная минерализация наиболее проявлена в нижней

вулканогенно-осадочной части разреза (2640—4064 м) в интервалах развития

ритмично-слоистых пород, тяготея к верхам ритмов, сложенных

туфоалевролитами и туфопесчаниками. Она представлена пиритом, в т. ч.

фрамбоидальным, халькопиритом, борнитом, блеклыми рудами, сфалеритом. Одна

из наиболее заметных сульфидосодержащих зон пересечена скважиной в

интервале 3160—3270 м.

Кластогенный тип представлен преимущественно пиритом и гематитом, в

различной степени насыщающих измененные обломки в составе вулканоген-ных

пород разреза. Часть из них, образована в прижерловых условиях и

характеризуется развитием рудных минералов в периферической части обломков,

другая часть—рудокласты, представляющие разбитые фрагменты

сульфидосодержащих пород, привнесенные из других мест локализации.

Другие типы рудной минерализации имеют подчиненное значение. Они

представлены, как правило, вкрапленностью пирита, гематита, халькопирита,

пирротина, реже сфалерита, галенита и др., пространственно тяготеющей к

приконтактовым частям дайковых тел и зонам гидротермальных изменений.

Установлен ряд других особенностей и закономерностей распределения

рудных минералов в разрезе СГ-4, среди которых особого упоминания

заслуживает факт существенного увеличения в нижней части разреза, с глубины

3400 м, количества пирротина при соответствующем уменьшении доли пирита,

что хорошо согласуется с нарастанием степени метаморфизма вниз по разрезу,

и таким образом устанавливает взаимосвязь элементов метаморфической и

рудной зональностей.

Среди исследований СГ-4 и района ее бурения нет единства в оценке

выявленной в разрезе СГ-4 рудной минерализации. По мнению одних, она

относится к медно-цинковоколчеданному типу и близка по составу к рудам

Кабанских месторождений, расположенных западнее СГ-4, что можно

рассматривать как свидетельство в пользу расширения пространственных и

временных рамок продуктивного колчеданообразования. По мнению других,

доказательств для такого заключения еще недостаточно. Во всяком случае нет

сомнения, что получена ценная и уникальная информация по характеру и

особенностям локализации рудной минерализации, существо которой предстоит

окончательно выяснить в процессе дальнейших исследований при углублении СГ-

4.

Скважиной встречено несколько зон тектонических нарушений (580—620 м,

1470—1500 м, 2495—2505 м, 3480— 3560 м) и разной степени трещиноватости

пород. При этом, несмотря на целенаправленные поиски, пока не получено

сколько нибудь убедительных фактов в пользу тектонического сдваивания,

существенного разобщения той или иной части разреза. Напротив, крепнет

уверенность в его непрерывности.

Стратиграфическая и формационная принадлежность всего вскрытого разреза

и его отдельных частей проблематична и находится в стадии активного

изучения и обсуждения. Пока достаточно надежно устанавливается возрастная

принадлежность разреза глубже 3 км. Здесь в образцах кремнистых алевролитов

интервала 3070—3716 м, отобранных специалистами УГСЭ ПГО «Уралгеология» и

ИГ БНЦ АН СССР, идентифицированы разности радиолярий, характерные для Sil2-

3. К.С.Ивановым и другими исследователями (ИГИГ УрО АН СССР) в интервале

3520—3885 м выделены и изучены комплексы конодонтов и хитинозой,

позволяющие отнести его к пограничным слоям лландовери и венлока. Таким

образом, находит подтверждение принятая предшественниками схема возрастного

расчленения вулканогенно-осадочных отложений района СГ-4.

Неожиданные результаты получены Ю. Е. Дмитровской (КамНИИКИГС) и А. Д.

Архангельской (ВНИГНИ) при исследовании препаратов из мдцератов образцов

туфоалевролитов интервала 1918,6—1983,9 м, где были обнаружены неполные

спектры спор, характерные для нижней части франского яруса верхнего девона.

Эти данные нуждаются в тщательной проверке, для чего в районе СГ-4 начаты

специальные исследования по ревизии известных находок фауны.

6. Результаты геофизических исследований

Бурение СГ-4 сопровождается обширным комплексом геофизических

исследований, включающим 28 методов электрического, сейсмоакустического,

ядерно-физического, магнитного, термического, газового и технико-

технологического каротажа. Существенных аномалий по результатам проведенных

исследований не выявлено. Результаты ГИС наряду с литолого-

петрографическими признаками использованы при расчленении разреза на слои,

пачки, толщи.

По ряду физических параметров, зафиксированных геофизическими

исследованиями ствола и петрофизическими исследованиями керна, разрез

дифференцирован в разной степени, что определяется особенностями

вещественного состава слагающих его образований,.различиями в степени их

тектонической и метаморфической переработки,. а также сложнонапряженным

состоянием околоствольного массива.

После 10-месячного перерыва в бурении, обусловленного перемонтажом

буровой установки, на глубине 3853 м установлена температура 60 °С, что

отвечает среднему значению геотермического градиента 1,5 °С на 100 м, и

согласуется с особенностями поля данной части Урала, характеризующейся

низким значением теплового потока.

По результатам измерений плотности образцов керна СГ-4 хорошо видны

вариации состава вулканитов разреза, в т.ч. обнаруживаются ритмы

направленных изменений этих параметров. На глубине 4000—2400 м такой ритм

четко антидромный — вверх очень плавно растут плотности и основность

вулканитов от риодацитового внизу ритма (2,65—2,75 г/см) до базальтового

2,85—2,95 г/cм, что независимо подтверждается и данными геохимического

опробования, а также согласованным нарастанием вверх на протяжении тех же

1600 м фоновой намагниченности пород (рис. 5).

На детальном разрезе плотностных вариаций четко устанавливается также

положение контакта силицитов низов именновского комплекса и залегающих ниже

внешне сходных алевропелитов кабанского комплекса: ему соответствует

скачкообразное возрастание плотностей (состав сменяется вниз на

базальтоидный). При этом в нижней (1 м) базальной части флишоидной толши

плотности тех же силицитов, как оказалось, вниз с приближением к контакту

прогрессивно возрастают, что обусловлено появлением во все большем

количестве терригенной примеси материала размыва пород мафического

основания. Это одно из объективных обоснований нормальной седиментационной

природы данного контакта — двух формаций двух стадий геодинамического цикла

— офиолнтовой и постофиолитовой.

Породы по стволу СГ-4 в основном слабо намагничены. Выделяются на таком

фоне различные дайки и интервалы по 5—30 м грубой пирокластики

околожерловых фаций. Последние выделяются в отличие от других туфов также

Страницы: 1, 2, 3, 4