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

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,

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

Страницы: 1, 2, 3, 4