Главная – Журналы – Геология и геофизика 2013 номер 4

Приводится обзор и сопоставление режимов деформирования различных по масштабу геологических структур, таких как зоны субдукции, питающие системы вулканов и рифтовые впадины. Для этих обстановок рассматриваются связи между условиями упругопластической деформации, реологией, наличием порового флюида и температурой. Региональные процессы изучены для двух сегментов зон субдукции — Курило-Камчатской и Идзу-Бонинской—Марианской. Для них оценивается баланс сил, исходя из конфигурации погружающегося слэба, полученной по результатам сейсмотомографии, и выделяются участки, где доминируют толкающие или тянущие силы. Вариации напряжений и деформаций в масштабах коры рассматриваются на примере развития магматических очагов под вулканами Ключевской группы. Результаты четырехмерной томографии показывают, что магматические очаги в коре могут быстро появляться и исчезать в соответствии с этапами активизации и релаксации вулканов. Это связывается с быстрыми изменениями поля деформации, которые приводят к быстрой миграции флюидов, что снижает или повышает температуру плавления пород в магматических резервуарах. На примерах Алтае-Саянской области и Кавказа обсуждаются условия формирования геологических структур в условиях сжатия. Процесс рифтообразования в условиях регионального растяжения показан для Вилюйского осадочного бассейна. Чтобы сформировать сверхглубокий бассейн, необязательно растягивать кору в 2 и более раз: растяжения на 20 % достаточно для образования впадин глубиной до 10—15 км в области «шейки» растяжения.

Кинематика процесса раннекаледонской аккреции на юго-западе (в современных координатах) Сибирского палеоконтинента, равно как и строение его активной окраины, является предметом дискуссии. В настоящей работе обобщены палеомагнитные данные по островодужным террейнам территории Алтае-Саянской и Байкало-Витимской складчатых областей для интервала поздний венд—кембрий—ранний ордовик, которые были получены в основном при участии автора за последние два десятилетия. Накопленная обширная база данных, наконец, позволяет отыскать четко интерпретируемые закономерности в распределении палеомагнитных полюсов для анализируемой системы террейнов и численно обосновать кинематику раннекаледонской аккреции. В частности анализ палеомагнитных данных доказывает идею о том, что трансформация активной окраины в кембрии связана с ее дроблением, сегментацией и отставанием фрагментов первоначально единой островной дуги вдоль системы левых сдвигов при повороте кратона по часовой стрелке и согласном перемещении континентальной и океанической литосферных плит. Это также обосновывает преобладающий косой характер субдукции и последующей аккреции, т.е. субдукционно-трансформный режим на границе океан—континент. Предложен дополненный вариант палеотектонической реконструкции кембрийской эволюции западной окраины Сибирского палеоконтинента, основу которого составляет разработанная по палеомагнитным данным кинематическая схема.

Для выяснения условий образования эпигенетических включений графита в природном алмазе проведены эксперименты по высокотемпературной обработке кристаллов природного и синтетического алмаза, содержащих микровключения. Отжиг кристаллов проводили при температурах 700—1100 °С и атмосферном давлении в защитной СО—СО ₂ атмосфере при длительности экспериментов от 15 мин до 4 ч. Исходные и отожженные алмазы изучены с помощью оптической микроскопии и КР-спектроскопии. Установлено, что изменение микровключений начинается при 900 °С. Повышение температуры до 1000 °С приводит к появлению вокруг микровключений микротрещин и сильных напряжений в алмазной матрице. Микровключения становятся черными и непрозрачными, что связано с образованием аморфного углерода на границе алмаз—включение. При 1100 °С по микротрещинам от включений формируется упорядоченный графит в виде пластинок гексагональной и округлой формы. Предположено, что процесс внутренней графитизации на микровключениях в природном алмазе происходит по механизму каталитической графитизации, а в синтетическом алмазе — в результате пиролиза углеводородов микровключений. Полученные результаты по образованию микровключений графита в алмазе использованы для оценки температуры кимберлитового расплава на заключительном этапе формирования месторождений алмаза.

Считается, что состав ультраосновных нодулей и их количественные соотношения не претерпевают значительных изменений во время транспортировки кимберлитовой магмой на поверхность Земли. Проведено экспериментальное исследование относительной устойчивости оливина, граната и пироксенов в кимберлитовом расплаве при высоких РТ -параметрах (4 ГПа, 1300—1500 °С). Установлено, что потеря веса различных минералов и, соответственно, скорость их растворения в кимберлитовом расплаве существенно различаются. Определен следующий ряд по скорости растворения указанных минералов: Cpx ≥ Opx > Gar > Ol. Пироксены растворяются с наибольшими скоростями, а оливин является наиболее устойчивым минералом. Предполагается, что в кимберлитовой магме клинопироксениты и вебстериты дезинтегрируются быстрее дунитов и лерцолитов.

Ранее в Южной Гоби Монголии были открыты пояс массивов щелочных гранитов и карбонатитовая провинция. Лугингольский массив псевдолейцитовых сиенитов с карбонатитами входил в щелочно-гранитный пояс. Полученные новые цифры возраста показали, что он на 40 млн лет моложе Хан-Богдинского массива и отделен от щелочно-гранитного пояса крупным разломом. На этом же участке Южной Гоби кроме Лугингольского массива с западной стороны от массива в районе горы Барун-Хасар-Ула В.И. Коваленко обнаружены серия даек щелочных К-шонкинитов с жилой редкометалльного карбонатита, а на северо-востоке от Лугингольского массива нами — серия даек щелочных и нефелиновых сиенитов. Эти данные дают основание выделить интрузивный комплекс К-щелочных пород шонкинитов и лейцитовых сиенитов с TR-рудоносными карбонатитами верхнепалеозойского возраста. Таким образом, в Южной Гоби выделяются три разновозрастных комплекса щелочных пород. В статье приводятся уточненные геологические карты трех комплексов. Массивы всех трех комплексов являются месторождениями редких элементов (TR, Nb, Zr, Y и P). Детально рассмотрен химический состав силикатных пород комплекса, редкометалльных агпаитовых пегматитов, карбонатитовых и апатитовых редкометалльных руд. На основе идентичности химического, минерального и геохимического редкометалльного составов шонкинитов Барун-Хасар-Ула и Маунтин Пасс (США) и их карбонатитов вместе с карбонатитами Лугингольского массива делается вывод о их принадлежности к единому формационному комплексу К-щелочных пород и карбонатитов. С использованием графиков спектров TR и спайдеровских диаграмм показана общность и различия редкометалльных пород трех комплексов, а также отличия парагенезисов их редкометалльных минералов. Описывается редкий процесс аморфизации редкометалльных минералов, связанный с высокими температурами их кристаллизации в химической обстановке аномальной кремнекислотности в пегматитах Хан-Богдинского массива. Источником первичных магм щелочно-карбонатитовых комплексов является контаминированная мантия ЕМ-2, прошедшая процесс рециклинга, а для агпаитовых щелочных гранитов Хан-Богдо — деплетированная мантия.

Исследован ряд образцов лопаритсодержащих пород (луявритов, ювитов, фойяит-ювитов и т.п.) Ловозерского щелочного массива, отобранных из дифференцированного комплекса и частично из комплекса эвдиалитовых луявритов. С помощью микрозондового анализа изучены зональные кристаллы лопарита, в которых зональность выражается в вариации содержаний титана, ниобия, редкоземельных элементов, стронция, тория. Экспериментально исследовано образование лопарита в сложных силикатно-солевых системах, содержащих карбонат, хлорид, фторид или сульфат натрия, в широком диапазоне температур (400—1200 °С) и давлении 1—2 кбар. Выявлена зависимость состава лопаритов от физико-химических условий их образования (флюидного состава), а также показана возможность кристаллизации лопарита в природе в широком интервале температур. В кристаллах лопарита обнаруживается зональность, которая проявляется в изменении содержаний Ti, Nb, La, Ce, Y, Ca, Sr и, вероятно, связана с кинетическими особенностями процесса кристаллизации. Полученная зональность сопоставима с зональностью лопаритов Ловозерского массива.

Промышленные фосфориты позднемелового возраста из районов Красного моря, долины р. Нил и плато Абу Тартур (Египет) характеризуются заметными вариациями в литологическом составе ассоциирующих осадков, минералогии нефосфатных компонентов и в распределении главных и редких элементов. На участке Красного моря пачки фосфоритов переслаиваются с тонкослоистыми черными сланцами, а нефосфатные компоненты представлены обломочным кварцем и кальцитом, а также кальцитовым, анкеритовым и пиритовым цементом. На участке долины р. Нил пачки фосфоритов переслаиваются с кремнистыми сланцами, мраморами и песчаниками, а нефосфатные компоненты представлены обломочным кварцем и кальцитом, а также халцедоновым цементом. На плато Абу Тартур пачки фосфоритов переслаиваются с тонкослоистыми черными сланцами, а нефосфатные компоненты представлены обломочным кварцем, анкеритом и пиритовым цементом. Изученные фосфориты также показывают заметные вариации концентраций главных и редких элементов. Фосфориты с участка Абу Тартур имеют относительно более высокие содержания TiO ₂, Al ₂O ₃, Fe ₂O ₃, K ₂O, Co, Nb, Pb, Sr, Th, Y и Zr и более низкие — SiO ₂, Ba и U по сравнению с фосфоритами участков Красного моря и долины р. Нил. Положительная корреляция между Al ₂O ₃ и TiO ₂, K ₂O, Nb, Yb и Zr позволяет предположить обломочное происхождение таких компонентов. Близкий состав фосфатных компонентов, образовавшихся вне области отложения, а также вариации литологического состава ассоциирующих осадков, минералогии и геохимии нефосфатных составляющих, отражающих условия областей отложения, позволяют сделать вывод, что вариации условий отложения фосфоритов являются потенциальным фактором, контролирующим состав этих фосфоритов. Распространенность черных сланцев на участках Красного моря и Абу Тартур, а также анкерита и пирита, цементирующих фосфатные компоненты, видимо, отражают восстановительные условия в этих областях, а обилие кремнисто-обломочных осадков, кальцитового и халцедонового цемента — более окислительные условия в области долины р. Нил. Восстановительные условия в районах Красного моря и Абу Тартур, вероятно, возникли в пределах ранее образовавшихся депрессий в шельфовой обстановке. Эти депрессии могли возникнуть в результате изменения движения Северо-Атлантической, Евразийской и Африканской плит в позднесантонское время, что привело к трансгрессивной инверсии рифтов вдоль Северного Египта и последующего образования складчатости во внутриконтинентальных обстановках. Повышенные содержания элементов обломочного происхождения в фосфоритах Абу Тартур относительно фосфоритов Красного моря и долины р. Нил может свидетельствовать о дополнительном поступлении обломочного материала в ходе отложения фосфоритов в области Абу Тартур. Продукты диагенеза и выветривания этих месторождений также отражают вариации условий осадконакопления.

Исследованы зависимости магнитной восприимчивости (МВ) от температуры природных образцов сульфидов железа — пирита, марказита, грейгита, халькопирита, арсенопирита, пирротина из месторождений Северо-Востока России. Кривые термокаппаметрии для пирита и марказита одинаковы: в процессе нагрева отмечается рост МВ при 420—450 °С, образуется неустойчивый магнетит (маггемит) и моноклинный пирротин с ярко выраженным пиком Гопкинсона. В безкислородных средах с углеродом или азотом образование магнетита ослаблено, в то время как генерация пирротина более заметна. Кривые нагрева халькопирита сходны с кривыми пирита. На них при тех же температурах (420—450 °С) отмечается рост магнитной восприимчивости. Однако образуется устойчивый магнетит, а моноклинный пирротин отсутствует. Арсенопирит отличается от пирита, марказита и халькопирита началом образования магнетита при Т > 500 °С. В процессе остывания арсенопиритов образуются или магнетит (высокосернистый арсенопирит) или маггемит (высокомышьяковистый арсенопирит), что сопровождается резким ростом магнитной восприимчивости. Для арсенопиритов с повышенным содержанием серы свойственно незначительное образование пирротина. Грейгит характеризуется спадом восприимчивости на кривых нагрева при температурах 360—420 °С и образованием неустойчивого катион-дефицитного магнетита. Для моноклинного пирротина характерен спад восприимчивости при температуре ~ 320 °С, гексагональным пирротинам свойствен переход в ферримагнитное состояние при температурах 210—260 °С. Добавка органики к моноклинному пирротину стимулирует образование гексагонального пирротина, который при неоднократных нагревах опять трансформируется в моноклинный пирротин. Продукты окисления сульфидов (грейгита, халькопирита) характеризуются ростом МВ при температурах 240—250 °С, который связывается с лепидокрокитом.

Ранее было описано одновременное присутствие пространственно разделенных слоев газовых гидратов кубической структуры I и II в кернах донных отложений, отобранных на грязевом вулкане К-2 (Кукуйский каньон, оз. Байкал). Слои газовых гидратов, относящихся к разным структурным типам, были разделены и перекрыты слоями озерных осадков. Гидрат кубической структуры II содержал 13—15 мол. % этана, тогда как гидрат кубической структуры I — только 3—4 мол. % этана. В настоящей работе мы представляем физико-химическую модель, объясняющую образование столь необычного природного объекта. Модель предполагает, что изначально в районе отбора проб находился только гидрат кубической структуры I. Какое-либо геологическое событие (тектонические подвижки, оползень и т.д.) привели к прекращению выделения природного газа из грязевого вулкана либо увеличению теплового потока в месте скопления гидрата. В результате гидрат кубической структуры I начал растворяться в окружающей поровой воде. Мы предполагаем, что обогащенный этаном газовый гидрат кубической структуры II является промежуточным продуктом, образующимся при разложении (растворении) гидрата кубической структуры I.