Главная – Журналы – Геология и геофизика 2014 номер 7

Исследуются структура мантийной конвекции и пространственные поля надлитостатического давления, вертикальных и горизонтальных напряжений в мантии Земли для двумерной численной модели с неньютоновской вязкостью и источниками тепла. Модель демонстрирует скачкообразное перемещение зон субдукции; обнаруживает резкие изменения в полях напряжений в зависимости от стадии отделения слэба. В областях, не содержащих погружающихся слэбов, напряжения сильно понижены. Значения горизонтальных σ_xx напряжений, надлитостатического давления и вертикальных σ_zz напряжений в части мантии, где интенсивные субвертикальные течения отсутствуют, являются примерно одинаковыми, варьируя в пределах ±6, ±8, ±10 МПа соответственно. Однако эти поля проявляют сильную концентрацию в областях нисходящих слэбов, где имеют значения приблизительно на порядок выше (±50 МПа). Этот результат дает количественное подтверждение современных представлений об океанических слэбах как о наиболее важном факторе мантийной конвекции. Найдены существенные различия между полями σ_xx, σ_zz и давления. Поле давления выявляет как вертикальные, так и горизонтальные черты слэбов и плюмов, ясно показывая их длинные тепловые каналы с более широкой головой. Распределения σ_xx чувствительны к субгоризонтальным чертам течений, в то время как поля σ_zz больше отображают вертикальные субструктуры течений. Модель показывает наличие относительно холодных остатков литосферных слэбов в нижней части мантии над тепловым погранслоем. Многочисленные горячие плюмы, поднимающиеся сквозь эти сравнительно высоковязкие остатки, а также новые погружающиеся слэбы создают интенсивные поля напряжений в нижней мантии, которые сильно неоднородны в пространстве и времени.

Детальные геохимические и геохронологические исследования были проведены для двуслюдяных гранитов Бирюсинского блока фундамента Сибирского кратона. Датирование U-Pb методом по циркону этих гранитов показало, что они имеют возраст 1874 ± 14 млн лет. Породы Бирюсинского массива по своему химическому составу соответствуют нормально- и умеренно щелочным высокоглиноземистым лейкогранитам. Особенности минерального состава и петрогеохимии двуслюдяных гранитов позволяют рассматривать их как граниты S-типа. Низкие значения отношения CaO/Na₂O (< 0.3), содержания K₂O около 5 мас. %, CaO < 1 мас. %, высокие значения отношений Rb/Ba (0.7–1.9) и Rb/Sr (3.9–6.8) указывают на формирование двуслюдяных гранитов Бирюсинского массива за счет плавления метапелитового источника, при этом плавление происходило в отсутствие дополнительной флюидной фазы. В качестве возможного источника для двуслюдяных гранитов массива могли выступать архейские метаосадочные породы Бирюсинского блока, близкие гранитам по величине e_Nd(t). Формирование гранитов происходило при температурах 740–800 °С (температура насыщения расплава цирконом).
Возраст двуслюдяных гранитов S-типа хорошо соотносится с оценками возраста гранитоидов I- и А-типов, также распространенных в пределах Бирюсинского блока. Все эти гранитоиды образуют единый магматический пояс, протягивающийся вдоль зоны сочленения Бирюсинского блока с палеопротерозойским Урикско-Ийским террейном и Тунгусским супертеррейном. Гранитоиды являются высокотемпературными образованиями, что свидетельствует об их формировании в пределах высокотемпературного коллизионного сооружения. Допускается, что внедрение гранитоидов происходило в раннем протерозое на стадии постколлизионного растяжения в пределах утолщенной коры в коллизионной геодинамической обстановке, возникшей при объединении в единую структуру Сибирского кратона неоархейского Бирюсинского континентального блока, палеопротерозойского Урикско-Ийского террейна и архейского Тунгусского супертеррейна.

Путем решения прямых задач физико–химического моделирования рассчитаны составы минеральных парагенезисов с арсенопиритом (Asp), пиритом (Py) и мышьяковистым пиритом (As–Py) при взаимодействии пиритовой матрицы с гидротермальным раствором, насыщенным по отношению к Asp, для трех возможных вариантов проникновения раствора в пиритовый массив (матрицу): просачивание — перколяция, растекание и стягивание при 100–300 °C, 300 бар. Показано образование Asp в флюидо(растворо)доминирующей зоне рудно-метасоматической колонки с замещением пиритовой основы независимо от способа перемещения раствора. Рассмотрены преобладающие формы переноса As и Fe. Рассчитанные модели трех ситуаций взаимодействия характеризуются разностью окислительно-восстановительного потенциала в растворе, достигающей –0.055…–0.550 В между тыловой и центральной частями колонок при образовании Asp, создающей межфазовый электрохимический геохимический барьер для отложения золота в Asp–Py рудах.

Юго-восток России занимает пространство к югу от Сибирской платформы и к востоку от оз. Байкал вплоть до побережий Охотского и Японского морей. Основная часть рудно-россыпных проявлений элементов платиновой группы (ЭПГ) в его пределах сосредоточена южнее Сибирской платформы, преимущественно на площади Байкало-Алдано-Станового мегаблока. Благороднометалльные россыпи, содержащие переменные количества минералов платиновой группы (МПГ), ассоциируют в регионе с разновозрастными ультрамафит-мафитовыми комплексами, представленными расслоенными, зональными (кольцевыми) массивами и полями офиолитов. Платинометалльная минерализация выявлена также в стратифицированных углеродистых толщах разного возраста, нескольких буроугольных месторождениях, расположенных на площади кайнозойских зон рассеянного рифтинга и внутриплитного магматизма, одним из центров которых считается Уссурийская плюмовая структура. Данные о широкой распространенности в регионе проявлений плюмового магматизма нескольких поколений указывают на возможность нового подхода к исследованию дополнительных факторов, повлиявших на образование и размещение платинометалльного оруденения. В результате синтеза геологических, геофизических, геохимических и минералогических материалов установлено, что условия, благоприятствовавшие формированию платиноносных образований, предопределены в основном плюмовым рудогенерирующим магматизмом. Им обусловлено возникновение (в неоархее, протерозое) расслоенных, а в фанерозое зональных ультрамафит-мафитовых массивов, подвергшихся затем воздействию рудообразующих магматогенно-флюидно-метасоматических процессов. Наиболее благоприятные условия для концентрирования ЭПГ создавались в местах наложения поздних гранитогенных образований на ранее возникшие расслоенные, зональные массивы, офиолитовые комплексы и стратифицированные углеродистые толщи.

По данным спутника CHAMP выделены магнитные литосферные аномалии модуля полного вектора и вертикальной компоненты магнитного поля Земли для территории Сибири. Описана методика обработки спутниковых данных и способы выделения поля региональных литосферных магнитных аномалий из измеренных на спутнике значений полного геомагнитного поля, являющегося суммой нескольких источников - внешних и внутренних по отношению к поверхности Земли. Для нескольких регионов Сибири построены карты литосферных аномалий магнитного поля различных масштабов и в зависимости от способа осреднения поля по площади. Рассмотрена возможная геологическая и физическая природа магнитных литосферных аномалий, их связь с глубокопогруженными структурами земной коры. Предварительная интерпретация полученных карт литосферного магнитного поля показывает, что аномалии связаны с современными крупномасштабными геологическими и геофизическими элементами фундамента. Особенности литосферного магнитного поля как параметр, отражающий современное положение тектонических структур и их физические свойства, могут быть использованы для их выделения в комплексе с другими геолого-геофизическими методами.

Представлены результаты палеомагнитных и геохронологических исследований позднепалеозойских гранитоидов Ангаро-Витимского батолита, а также осадочных пород венда-раннего кембрия и позднедевонских субвулканических образований Патомской окраины Сибирской платформы. По первичным и метахронным компонентам намагниченности, зафиксированным в породах изученного региона, рассчитан палеомагнитный полюс, отвечающий ранней перми (~ 290 млн лет), который предлагается использовать в качестве опорного для Сибирской платформы при реконструкциях, разработке кривой кажущейся миграции полюса и прочих магнитотектонических построениях. На основе полученных и опубликованных палеомагнитных данных и анализа геологических материалов обосновывается позднепалеозойский возраст финальной складчатости Байкало-Патомской области. Высказывается предположение о возможных причинах деформаций и масштабного гранитообразования на территории Байкало-Патомской области и Забайкалья в позднем палеозое.

Приводятся результаты детальных палеомагнитных исследований континентальных палеоген-неогеновых отложений, вскрытых скв. 8, пробуренной в юго-западной части Западной Сибири (Русско-Полянский район, Омская область) на границе с Казахстаном. Полученные ранее биостратиграфические данные свидетельствуют о том, что исследуемые отложения образовались во временном интервале от рюпеля до русциния. По результатам ступенчатого терморазмагничивания и размагничивания переменным магнитным полем выполнен компонентный анализ естественной остаточной намагниченности, позволивший выделить характеристическую (первичную) компоненту естественной остаточной намагниченности (ChRM). Разработанный палеомагнитный разрез, охватывающий семь региональных горизонтов и одноименных свит олигоцена — атлымскую, новомихайловскую, журавскую и неогена — абросимовскую, бещеульскую, таволжанскую и новостаничную, сопоставлен со шкалой полярности кайнозоя Западно-Сибирской плиты. Это позволило оценить полноту геологического разреза континентальных отложений палеогена и неогена скв. 8 и зафиксировать выпадение из магнитостратиграфического разреза отдельных магнитозон и их фрагментов, для некоторых интервалов — в абсолютном летоисчислении. Сопоставление показало, что магнитостратиграфический разрез изученных отложений бортовой части Омской впадины является сокращенным примерно вдвое по сравнению с таковым центральной части этой впадины.

Приведены результаты моделирования сейсмической, термальной и плотностной структуры литосферной мантии Сибирского кратона на глубинах 100–300 км вдоль сверхдлинных сейсмических профилей Метеорит и Рифт. Двухмерные скоростные разрезы отражают основные особенности внутреннего строения кратона с латеральными неоднородностями, рельефом сейсмических границ на глубинах ~ 100, 150, 240 и 300 км и скоростями в интервале 8.3–8.7 км/с, отсутствием зоны пониженных скоростей в низах литосферы. Картирование термального состояния вдоль профилей Метеорит и Рифт показывает существенное понижение температуры в мантии кратона по сравнению со средними температурами окружающей кратон фанерозойской мантии, оцененными из глобальной референц-модели АК135 (не менее 300 °C). Латеральные изменения температур, отражающие аномалии термального состояния в киле кратона, происходят до ~ 200 км с некоторым понижением в его центральной части, в то время как глубже 200 км они имеют незначительный характер. Это подразумевает сохранение остаточных тепловых возмущений до данных глубин и устранение термальных неоднородностей в подошве литосферы, что должно приводить к выравниванию температур в зоне перехода от литосферы к астеносфере. Вариации химического состава практически не сказываются на интерпретации термального состояния, но сильно влияют на плотностную структуру мантии. Результаты моделирования допускают заметную фертилизацию вещества на глубинах ниже 180–200 км и стратификацию литосферной мантии кратона по химическому составу. Проведены оценки мощности химического (петрологического) и термального погранслоев под Сибирским кратоном. Петрологическая литосфера локализована на глубинах порядка 200 км. Нижняя граница термального погранслоя близка к изотерме 1450 °С и находится на уровне 300 км, что согласуется с данными по тепловым потокам и сейсмотомографии.

На основе предложенной электрической модели установки для зондирования недр индуктивным методом переходных процессов проведен численный эксперимент по оценке ограничений метода при исследовании малых глубин. В ходе эксперимента сопоставляются теоретические и псевдоэкспериментальные кривые ЭДС. По их сходимости определяется способность установки адекватно принимать отклик от возбужденного пространства на глубине. По результатам эксперимента построены графики зависимости измерительных параметров установки от ее геометрических размеров. Даны рекомендации по использованию малоразмерных установок.

Предлагается метод «разностных спектров» для качественной оценки изменений структур иллит–смектит, сопровождающих заводнение коллекторов нефти, где система становится открытой и снижается применимость процедур, основанных на формализме цепей Маркова. Проведено компьютерное моделирование таких спектров, получаемых вычитанием спектра объекта, насыщенного гликолем, из спектра воздушно-сухого препарата, во всем диапазоне концентраций компонент иллита и смектита при факторе ближнего порядка структуры R = 0 или R = 3. Установлено, что лишь при наличии фильтрации максимум и минимум спектров в диапазоне 12.5–9.4 Å осложняется рядом локальных экстремумов, положение которых задается структурой промежуточных фаз. Процесс обводнения вначале затрагивает смешанослойные фазы с R = 0 при частичной сегрегации структур на фазы с одной и с двумя сетками межслоевой Н₂О. Затем при разрыве частиц вторичных слюд по границам наноблоков появляются фазы с R = 3, сначала только с 1Н₂О, затем только с 2Н₂О в лабильных промежутках. Их совместное и одновременное присутствие с фазами R = 0 в одном образце доказывает наличие перколяционных эффектов за счет двухфазной фильтрации в пористой среде. В полностью заводненном коллекторе всегда доминирует механическая смесь фаз иллит–смектит с R = 0 разной природы и при разном соотношении компонент. Трансформация слюд, способная резко снижать нефтедобычу, начинается много раньше появления зон обводнения, которые фиксируются стандартными ГИС.