Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4 (SG-4g)

Посмотреть архив целиком


Введение


Урал — общепризнанный мировой эта­лон палеозойских подвижных поясов, выдающаяся рудная провинция мира с классическими месторождениями черных и цветных металлов. Именно здесь, в старейшем горнорудном рай­оне Среднего Урала в пределах запад­ного крыла Тагильского прогиба, яв­ляющегося генотипической эвгеосинклинальной зоной, была заложена Уральская сверхглубокая скважина СГ-4 проектной глубиной 15000 м. Не­маловажное значение при выборе ме­ста заложения имела хорошая геоло­го-геофизическая подготовленность района бурения. Точка заложения СГ-4 находится вблизи пересечения регио­нальных профилей ГСЗ.


Бурение СГ-4 начато 15 июня 1985 г опережающим стволом диаметром 215 мм скважина достигала глубины 4008 м. При этом бурение интервала 34—4008 м осуществлялось с непре­рывным отбором керна, средний выход которого составил 64,2%. С целью пре­одоления возникших в процессе про­ходки опережающего ствола геологиче­ских осложнений (сильное кавернообразование, интенсивное возрастание зе­нитного угла) произведено формирова­ние ствола диаметром 390 мм с после­дующим перекрытием интервала 0— 3942 м обсадной колонной диаметром 426 мм. В 1990 г. на скважине закон­чен монтаж буровой установки Уралмаш-15000, предназначенный для буре­ния до глубины 15 км, и продолжено дальнейшее углубление ствола. На 01.01.1999 г. глубина СГ-4 составила 5401 м.





















1 Геологическое строение района заложения скважины СГ-4


Уральская сверхглубокая скважина (СГ-4), расположенная в 5 км западнее г. В. Тура Свердловской области, бурится с целью изучения земной коры в типичной структуре эвгеосинклинального типа развития. Проектная глубина скважины 15 км, бурение было остановлено на глубине 4008 м (для расширения ствола). В настоящее время глубина скважины около 5400 м. Бурение ведется со сплошным отбором керна, выход керна около 64 %.

Район бурения СГ-4 (рис.1) в геолого-структурном отношении отвечает среднеуральскому сегменту Тагило-Магнитогорской мегазоны палеозойского подвижного пояса Урала. С запада и востока она граничит соответственно с Западно-Уральской и Восточно-Уральской мегазонами, имеющими в основании древний кристаллический фундамент, тогда как в Тагило-Магнитогорской мегазоне он неизве­стен. Западной границей последней является Главный шов Урала, представляющий собой систему параллельных надвигов восточного падения, по которой Тагило-Магнитогорская мегазона надвинута на структуры Западно-Уральской мегазоны. Восточная граница Тагило-Магнитогорской мегазоны проходит по надвигу западного падения (рис. 2).

Тагило-Магнитогорская мегазона традиционно рассматривается как эталон структур эвгеосинклинального типа развития. Она сложена преимущественно вулканогенными толщами силура—карбона. Обра­зования, предшествующие им по возрасту, известны в восточной части Западно-Уральской мегазоны. Они представлены метаморфизованными в зеленосланцевой фации вулканогенно-песчано-алеврито-глинистыми толщами верхнего кембрия—ордовика. Вулканическая составляющая в низах разреза соответствует трахибазальтовой формации (колпаковская свита, С3—O1), в верхней части — базаль­товой (выйская свита, 02-3).

В составе Тагило-Магнитогорской мегазоны на Среднем Урале выделяются три зоны, различающиеся набором геологических формаций (с запада на восток): Кумбинская, Центрально-Тагильская и Красноуральская.

В крайней западной части Кумбинской зоны развит сложный по составу и строению комплекс эффузивных, субвулканических и гипабиссальных пород, который ранее при обычном стратиграфическом подходе подразделялся на диабазовую и кабанскую свиты, датируемые в интервале S1l1-2. В первую объединяются породы базальтового состава, среди которых наряду с лавами широко распространены интрузии в виде пакетов даек и силлов. Во второй, развитой восточнее, с эффузивными и интрузивными базальтами ассоциируют кислые породы, преимущественно в виде экструзий и субвулканических тел. С породами лавовой фации перемежаются песчаники, алевролиты, кремнистые сланцы. Общая мощность стра­тифицированных образований не менее 2000 м. Диабазовая и кабанская свиты отнесены к формации натриевых базаль­тов—риолитов. В поле их распространения располагается Арбатский массив (дунит-клинопироксенит-габбровая и габбро-диорит-плагиогранитовая формации S1l), отдельные мелкие тела габбро и плагиогранитов размещаются к западу и востоку от него.

Восточнее кабанского комплекса, отделяясь от него разломом, развиты отложения флишоидной толщи (S1l3-v21) пара- и ортотуффиты, тефроиды алевролито-псаммитовой, реже псефитовой размерности и кремнисто-глинистые сланцы. Характерна темно-серая до черной окраска тонкообломочных пород, связанная с присутствием рассеянных сульфидов. В составе пирокластики встречаются породы от базальтов до дацитов. Мощность флишоидной толщи около 1000 м. Эта толща согласно перекрывается именновской свитой, в составе которой выделяются две толщи. Нижняя (S1l1-3-S1v22) имеет, как и нижележащая, флишоидный облик, но отличается увеличенной долей туфов и тефроидов и их размерности, отсутствием обломков дацитов. Ее мощность около 1500 м. Более молодой является толща с фауной верхнего венлока—лудлова, сложенная тефроидами пре­имущественно псефитовой размерности, иногда с грубой градационной слоистостью, с базальт-андезибазальтовым составом пирокластики. В верхах этой толщи общей мощностью до 2000 м обособляется пачка лав ( часто подушечных) того состава.

В полосе распро­странения именновской свиты вы­явлены многочисленные субвулка­нические тела — остатки вулка­нических аппаратов центрального типа, а также интрузии габбро и габбродиоритов (Тагиль­ский комплекс габбро-диорит-гранодиоритовой формации), по составу сходных с вмещающими вулканическими породами. Именновский комплекс полностью отве­чает определению андезит-базаль­товой формации и явился ее петротипом [Карта магматических формаций СССР, 1974].

В Центрально-Тагильской зоне наиболее ранние образования в осевой ее части представлены кар­бонатными отложениями венлока—лудлова, а в западной час­ти — гороблагодатской толщей (S2), сложенной преимуществен­но туфоконгломератами, туфопесчаниками, реже туффитами и туфами трахибазальтового со­става, в подчиненном объеме лавами. Мощность толщи 1650 м. Восточнее широкой полосой распространена туринская свита (S2p—D1l). Она сложена в основном подушечными лава­ми, гиалокластитами, туфами, тефроидами трахиандезитового, трахитового, реже базальтового и трахиандезибазальтового со­става и в небольшом объеме известняками. Мощность ее до­стигает 2—3 км. С вулканическими породами (выделяемыми в формацию калиевых базальтов—трахитов) ассоциируют комагматичные субвулканиче­ские тела, а также интрузии сиенитов Кушвинского и габбро Волковского массивов. Фунда­ментом туринской свиты являются карбонатные отложения венлока и лудлова, что и дает основание выделять самостоятельную Центрально-Тагильскую структурно-формационную зону. Гороблагодатская толща в нижней части синхронна с именновской свитой, в верхней — с турин­ской и рассматривается как фациальный аналог этих свит, формировавшихся на стыке Кумбинской и Центрально-Тагиль­ской зон.

Разрез Центрально-Тагильской зоны завершается краснотурьинской свитой (D1p-D2ef) вулканогенно-обломочных пород андезитового, андезибазальтового, андезидацитового состава, перемежающихся с туффитами, песчаниками, глинистыми сланцами, известняками. Вулканические образования этой свиты соответствуют базальт-андезитовой формации.

В Красноуральской зоне наиболее ранний комплекс — красноуральский, сопоставляемый по возрасту с кабанским. Однако он отличается от последнего более широким набором пород, среди которых преобладают дациты и андезидациты, что дает основание относить его к «непрерыв­ной» базальт-андезит-риолитовой формации. В качестве комагматичного ему рассматривается выделяемый под тем же названием интрузивный комплекс габбро-диорит-плагиогранитовой формации. Предположитель­но более молодой (S1l3—v2) является толща пород под названием липовской (по горе Липовой, где она хорошо обнажена). Границы ее с окружающими образованиями в плане проходят по разломам. В составе толщи, имеющей мощность до 2,5 км, ассоциируют высокомаг­незиальная бонинитовая серия и нормальная известково-щелочная, представленные преимущественно андезитами и дацитами, причем для первой серии характерны подушечные лавы и гиалокластиты, для второй — вулканогенно-обломочные фации . Более молодые об­разования Красноуральской зоны сопоставляются с именновской и туринской свитами, хотя отличаются от них по составу и возрасту . Завершается разрез краснотурьинской свитой.

Вопросы о соотношениях отдельных зон и геологических тел внутри Тагило-Магнитогорской мегазоны, о возрасте и природе ее фундамента, о глубине залегания базальтового слоя дискус­сионны, что нашло отражение в существовании целого ряда (не менее 9) моделей глубинного строения района бурения СГС-4. В соответствии с приверженностью авторов моделей к одной из двух существующих концепций развития Урала (классической геосинклинальной или мобилистской) все разнообразие моделей можно свести к двум группам. Согласно первой Тагило-Магнитогорская мегазона представляет собой синклинорную структуру с симметричным строением крыльев, заложенную на древнем кристаллическом фундаменте, едином с фундаментом Русской платформы. Тела отдельных вулканических формаций последо­вательно наслаиваются друг на друга, распространяясь на всю ширину мегазоны . Согласно второй группе моделей Тагило-Магнитогорская мегазона имеет сложное чешуйчато-блоковое строение и представляет собой агломерат зон, формировавшихся обособленно на меланократовом фундаменте океанического про­исхождения и сближенных впоследствии тектонически. Почти на половину своей ширины она надвинута на структуры Западно-Уральской мегазоны, под надвигом может находиться клин древнего кристаллического фундамента. Более обоснованный выбор какой-либо из существующих моделей глубинного строения Тагило-Магнито­горской зоны может быть сделан по результатам бурения СГ-4.



























2 Цели и задачи СГ-4



Скважина заложена с целью изуче­ния строения земной коры и рудонос­ных комплексов внутриконтинентальных подвижных поясов эвгеосинклинального типа и предусматривает ре­шение следующих задач.

1. Изучение геологического разреза Тагильского прогиба и особенностей его геотектонического развития.

2. Установление состава, строения, возраста и природы фундамента; соотношение образований геосинклиналь­ного комплекса и фундамента; харак­тер и степень его переработки геосин­клинальным процессом.

3. Исследование глубинных процес­сов рудообразования, воссоздание мо­делей формирования типичных для прогиба месторождений и разработка новых методов эффективного прогноза и поисков минерального сырья.

4. Получение информации о физиче­ских свойствах пород на глубине, особенностях флюидного режима и приро­де сейсмических границ; выявление связи гравитационных, геотермических, геоэлектрических и магнитных полей с глубинным строением.

5. Выявление положения и морфоло­гии стратиграфических и других гра­ниц раздела вещественных комплексов и структурных этажей.

Перечисленным не исчерпывается многообразие исследовательских воз­можностей СГ-4, о чем свидетельствуют опыт Кольской и других сверхглубоких скважин, а также ознакомление с зарубежными программами научного бурения. Показателен пример немец­кой программы континентального бу­рения КТВ, в которой делается акцент на физическую и химическую сторону геологических явлений, изуче­ние современного состояния земной коры и современных геологических процессов. Признавая правомочность такого подхода, целевое назначение-СГ-4 можно определить как фундамен­тальные исследования физических в химических условий и процессов в глу­бинных частях земной коры для пони­мания структуры, состава, динамики и эволюции Уральского подвижного поя­са. Обращает внимание более кон­кретное звучание ряда научных задач, таких, как исследование глубин про­никновения и влияния циркулирующих в земной коре растворов на образова­ние месторождений минерального сы­рья, процессы деформации и конвек­ции, а также значение воды для дина­мических процессов, происходящих в. земной коре; изучение интенсивности дегазации и вещественного состава мантии Земли и континентальной ча­сти земной коры и др. Все это с поправкой на уральскую специфику спра­ведливо и для СГ-4.

Необходимо было создать условия для максимальной реализации познавательных возможностей скважины и сопровождающего ее комплекса работ, а именно: обеспечение современного (мирового) уровня исследований на самой скважине; создание адекватной системы комплексных геолого-геофизических исследований в околоскважинном пространстве; привлечение к ис­следованиям, анализу и обобщению результатов наиболее компетентных специалистов; создание при проведе­нии исследований обстановки гласно­сти и широкого сотрудничества.






































4 Геологический разрез СГ-4



Исследования керна ствола и района заложения скважины проводится Уральской ГРЭ СГБ НПО «Недра» совместно с организациями соиспол­нителями ПГО «Уралгеология», КамНИИКИГС, ИГиГ УрО АН СССР, ИГ УрО АН СССР, ВСЕГЕИ, ЦНИГРИ, ИГЕМ, ИМГРЭ, ВНИИгео-информсистем, ПГО «Аэрогеология», НПО «Союзпромгеофизика» и др.

Вскрытый скважиной разрез пред­ставлен силурийскими вулканогенными и вулканогенно-осадочными образова­ниями, относимыми согласно современ­ной стратиграфической схеме к именновской свите (S1l3—S2ld).

Общее строение разреза, по результатам выполненной детальной документации керна, просмотра шлифов, вулкано-фациальных и геохимических исследований, установлено сле­дующее.

40—430 м — эффузивная толша в основном базальтовых, андезитобазальтовых лав, в инт. 130—252 м — также ферробазальтов и палеоисландитов;

430—3070 м — монотонная толша грубообломочных и агломерато-грубопесчаных туфов основного состава типично именновского облика: никак не обработанный шлаковый и миндалекаменный материал обильнокрупнопорфировых обычно плагиоклаз-двупироксеновых базальтов и андезитобазальтов, нередко со­держит примесь плагиофировых андезитов и калиевых базальтов и образует пласты и их серии мощностью 20—70 м, разделенные прослойками песчаных тефроидов, обычно слабо слоистых; на 1920—1940 м и около 3000 м появляются подводно-морские флишоиды с темными алевропелитами в верхах ритмов;

3070—3468 м — переслаивание туфов плагиофировых андезитов, местами с примесью базальтового материала и того же состава песчаных тефроидных флишоидов; с 3280 м туфы и тефроиды преимущественно более кислые — андезитодацитовые, часто с оби­лием витрокластики в виде обрывков и комочков пемз и перлитов;

3468—5006 м — флишоидное чередование туфов подводных пирокластических потоков однородно риодацитового состава (также с пемзами, перлитами и обилием осколков плагиоклаза), в инт. 3850—4297 м чаше всего повторно перемешенных как подводно-оползневые массы. Сопровождают их резко подчинен­ные по объемам более мелкопесчаные в разной степени отсорти­рованные флишоидные тефроиды того же состава и темные силициты верхов ритмов, содержащие конодонты граничных слоев лланловери и венлокского ярусов ран­него силура;

5006—5070 м — пачка темных зеленовато-серых силицитов, местами с обильными остатками радиолярий, в верхней половине — с прослойками кислых туфов и тефроидов;

5070—5401 м — кабанский комплекс, представленный в инт. 5072—5076 м темными туфопесчаниками с витрокластикой ос­ новного состава, переходящими вверху в алевропелиты и красные яшмоиды; ниже сплошь распространена краснообломочная сва­ренная пирокластика афировых преимущественно калиевых ба­зальтов, исландитов и спилитов, которая перемежается с потока­ми неокисленных лав того же (5182—5215 м и др.) и кислого составов (5265—5312,4 м).

В целом разрез вулканокластической и переходной толщ малоконтрастный, содержит в разных пропорциях при­знаки как вулканогенного, так и оса­дочного происхождения. Толщина этих пород увеличивается с глубиной. Флишоидная толща при слабых фациальных отличиях от низов переходной рез­ко отличается более кислым составом обломочного материала.

При сопоставлении вскрытого разре­за с проектным установлено превышение мощности отложений в 1,5 раза. В результате бурения возникли вопро­сы, касающиеся геометрии, простран­ственных и генетических взаимоотно­шений 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






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 зоныконтинентальной 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)





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.


Случайные файлы

Файл
154044.rtf
82463.rtf
48628.rtf
KURSOV~1.DOC
32943.rtf