Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4
слагающих верхнюю часть прогиба комплексов. Решение их возможно при
дальнейшем углублении СГ-4 и выполнении целенаправленных исследований в
околоскважинном пространстве, включая бурение вспомогательных структурных
скважин.
При проведении циклического анализа в пределах вскрытого скважиной
разреза выделено пять мегаритмов, границы которых совпадают или близки к
границам отмеченных толщ и под-толщ на глубинах 3487 м, 2640 м, 1919 м и
430 м и характеризуются резким изменением литологии пород.
Нижний мегаритм 3487—4064 м соответствует флишоидной толще и является
вулканогенно-осадочным. В разрезе полностью не вскрыт. Он сформировался в
условиях слабой вулканической активности. В нем преобладают удаленные
мелкообломочные фации андезидацитового состава, широко развиты
тонкослоистые алевролитовые и алевропсаммитовые разности осадочных пород,
доля которых к верхам мегаритма возрастает до 80—90 %. Чередование
тонкослоистых прослоев, характеризующихся маломощной (0,01— 0,5 м)
двухчленной, реже трехчленной ритмикой со слабо дифференцированными
гравийными, образует контрастные мезоритмы мощностью от 10 до 75 м.
Мегаритм 2640—3487 м, условно относимый к вулканогенно-осадочному типу,
характеризуется тем, что на фоне мелкой ритмичности (от долей до 5 м)
мелкопсефито-псаммитовых разностей проявлены контрастные гетерообломочные
ритмы мощностью от 2—3 до 15—20 м, где крупнопсефитовые и агломератовые
обломки изолированно погружены в псаммитовый субстрат. Периодически
повторяющиеся интервалы развития алевропелитовых разностей позволяют
выделить ряд мезорит-мов с границами на 3986 м, 3332 м, 3276 м, 3160 м,
3083 м и 2986 м. Отмеченные особенности мегаритма, вероятно, обусловлены
неравномерными проявлениями вулканической активности и грязекаменных
потоков.
Три верхних мегаритма (1919— 2540 м, 430—1919 м, 0—430 м)
вулканогенные, частью оеадочно-вулканогенные. Они сформировались в
результате нескольких вспышек вулканической деятельности с общей тенденцией
к ее нарастанию.
Строение первых двух в общих чертах близкое. В их основании ритмичность
относительно мелкая, с мощностью преобладающих элементарных ритмов 2—3 м. В
центральных частях мегаритмов выделяются крупные ритмы мощностью до 10—30 м
и более. Доля грубообломочного материала вырастает здесь до 70—90 %. В
верхних; частях снова отмечена мелкая ритмичность (от 0,1—0,2 м до 2—3 м).
В составе ритмов увеличивается доля сортированного вулканогенного
материала, а в некоторых из них в интервале 1919—2007 м появляются прослои
кремнистых алевропелитовых пород мощностью 0,2—5 см.
Верхний—эффузивный мегаритм (О—430 м) сформировался в результате
нескольких импульсов вулканической деятельности с короткими перерывами
между ними (88—105 м). Нижняя часть мегаритма сложена обильно-порфировыми
пироксен-плагиофировыми базальтами, в средней (120— 262 м)—залегают
подушечные лавы афировых андезибазальтов-базальтов, а в
верхах—плагиофировые андезибазальты.
В фациальном отношении в развитых по всему разрезу отложениях
отмечаются подводные условия образования, на отдельных глубинах
отличающиеся характером вулканизма и удаленностью зон аккумуляции
вулканического материала от береговой линии, что выражается различиями его
гранулометрического и вещественного состава, а также разной степенью
перемыва и сортировки. В целом, по-видимому, господствовала обстановка
островных вулканов с преобладанием фации субаквальных пирокластических. и
подводных гравитационных грязекаменных потоков. При этом нижняя часть
разреза на интервале развития алевритистых, песчаных и гравийныу ритмов
флишоидной толщи отвечает наиболее глубоководной, удаленной от
вулканических построек области. Выше по разрезу преобладают мелководные
склоновые фации вплоть до субаэральных, регистрируемых горизонтами с
красноцветными гематизированными обломками.
.
Геологический разрез СГ-4
[pic]
Рис. 4. Геологический разрез СГ-4, составлен в Уральской экспедиции
сверхглубокого бурения ГНПП «Недра»:
1 — базальты плагиофировые, пироксен-плагиофировые (а), андезитобазальты
(о); 2 — андезиты (а), дациты, риодациты (б); 3 — туфы глыбовые (а),
агломератовые (б), крупнопсефитовые (в), мелкопсефитовые (г),
кристаллолитотуфы (е), 4— туффиты агломератовые (а), крупнопсефитовые (б),
мелкопсефитовые (в), псаммитовые (г); 5— тефроиды мелкопсефитовые (а),
псаммитовые (б); 6— туфоконгло-мераты, туфопесчаники; 7 — туфогравелиты,
туфопесчаники; 8 — туфопесчаники, туфоалевропесчаники; 9 — туфопесчаники,
туфоалевролиты; 10— песчаники, алевропесчаники, алевролиты; 11— кремнистые,
углисто-кремнистые алевролиты, алевропелиты; 12 — диориты (а), кварцевые
диориты (б); 13 — внемасштабный знак даек основного (а) и среднего (б)
составов; 14 — тектонические нарушения: сбросы, взбросы (в),
малоамплитудные надвиги (б); 15— границы геологических тел (а), толщ и
подтолщ (б), пачек (в)
3 . Прогнозные модели Уральской СГ-4
Среди уральских исследователей, в т. ч. имеющих отношение к СГ-4, еще
сильны позиции сторонников классической (фиксистской) геологии,
рассматривающие регион как достаточно фиксированную полициклическую
геосинклинальную систему с интенсивным развитием магмо- и рудоподводящих
глубинных разломов и повторяемостью в каждом цикле однотипных геологических
и рудных формаций .
Согласно альтернативной, мобилистской концепции Урал представляет собой
сложное покровно-складчатое сооружение, состоящее из разнородных
аллохтонных пластин, образованных путем крупных горизонтальных перемещений
геологических масс. Эти представления вносят существенные коррективы в
схему металлогенического развития региона, дают новое толкование природе и
перспективам его рудоносности
Отметим, что деление геотектонических позиций на фиксистские и
мобилистские в какой-то мере условное и не отражает всего разнообразия
представлений о месте заложения, движущих силах и истории развития
Уральской эвгеосинклинали. В последнее время наблюдается тенденция в
сближении позиций, что выражается в признании представителями фиксистского
направления ограниченного спрединга с возникновением раздвигов, обнажающих
симатическую кору.
Благодаря тесному сотрудничеству большой группы исследователей удалось
сформировать комплект из 11 моделей, отражающих практически весь спектр
существующих прогнозных представлений о глубинном строении района бурения
(рис. 2). Не имея возможности подробно охарактеризовать все модели,
остановимся на наиболее существенных и принципиально отличающихся.
В. С. Дружининым составлены основополагающие сейсмические и геолого-
геофизические разрезы и дан вариант прогнозной модели, основными элементами
которой являются структурно-вещественные комплексы, физическая
характеристика, положение в разрезе сейсмических границ, возможная их
природа. Согласно этой модели СГ-4 должен вскрыть полный разрез уралид
мощностью примерно 11 км, пройти около 4 км по рифейским образованиям и в
интервале 14—14,5 км войти в образования древнего комплекса основания
предположительно архейско-протерозойского возраста. При этом в составе
уралид выделяются четыре комплекса, среди которых наиболее интересным и
неясным будет комплекс пород на глубине 7—9 км. В целом геологическая
привязка всех выделяемых комплексов и их литологический состав в
значительной мере условные. Это попытка спроецировать на разрез по скважине
поверхностные образования, развитые к западу от нее.
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,
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|