Главная – Журналы – Геология и геофизика 2021 номер 1

Настоящий специальный выпуск посвящен 85-летию академика РАН Н.Л. Добрецова. В вводной статье представлен обзор вошедших в него материалов, их тематика неразрывно связана с научными интересами Николая Леонтьевича, хотя затрагивает далеко не все стороны многогранного кругозора выдающегося ученого. В науках о Земле, пожалуй, трудно найти раздел, в котором он не оставил бы своего яркого следа. Во все периоды своей научной деятельности Н.Л. Добрецов был генератором новых идей, которыми щедро делился со своими коллегами и многочисленными учениками. Юбилейный выпуск включает статьи, затрагивающие актуальные вопросы глубинного строения и проблемы общей теории эволюции Земли, в том числе различные аспекты зарождения и эволюции геомагнитного поля, его связь с гравитационным полем, периодичностью геологических процессов. Обсуждаются вопросы глобальной тектоники плит и мантийных плюмов на разных этапах геологической истории, в том числе применительно к структурам Центрально-Азиатского пояса. Серия статей посвящена вопросам глубинного строения и эволюции магматических систем под вулканами Камчатки. Среди множества направлений, которым Н.Л. Добрецов уделял внимание, важное место занимает металлогения. Поэтому логично, что завершает настоящий специальный выпуск серия статей, посвященных вопросам металлогении Центральной Азии и Дальнего Востока, прежде всего, различным аспектам формирования золоторудных месторождений.

Представлен обзор и анализ современных знаний о магнитном и гравитационном полях Земли как отражение глобальных и региональных тектонических процессов. Обсуждается вероятная взаимная связь между распределением характеристик геомагнитного поля, гравитационных аномалий и проявлений плюмового магматизма как наиболее яркого геологического индикатора глубинных геодинамических процессов. Показано, что распределение характеристик главного магнитного поля Земли имеет качественное сходство с аномалиями гравитационного поля. Короткопериодные вариации геомагнитного поля, обусловленные высокочастотными колебаниями в ионосфере, не оказывают влияния на общую картину и не могут быть значимыми при решении вопросов глобальной тектоники. Напротив, длиннопериодные вариации, прежде всего инверсии геомагнитного поля, могут быть одним из главных индикаторов эволюции геодинамо - тепловой машины, контролирующей весь основной ряд процессов глобальной тектоники. Частота инверсий определяется интенсивностью мантийных плюмов, приводящих к остыванию ядра, возрастанию скорости конвекции в астеносфере и, соответственно, периодическому изменению в тектоносфере. Мы предполагаем наличие в этой системе трех режимов. Первый соответствует спокойной конвекции, при котором инверсии крайне редки или отсутствуют вовсе, такие этапы - суперхроны - составляют не более 20 % фанерозойского времени. Второй режим значительно более частый в геологической истории и характеризуется активной конвекцией с преобладающими инверсиями не реже 1 раза в 5 млн лет. Наконец третий режим, редкий в фанерозое, но, вероятно, более частый на ранних этапах докембрия, отвечающий гиперактивной, турбулентной конвекции, когда частота инверсий достигает 20 раз, а возможно, и более за 1 млн лет. Проиллюстрированное качественное сходство в расположении экстремумов главного магнитного поля Земли, центров гравитационных аномалий в свободном воздухе и ареалов распространения крупных магматических провинций хотя и не имеет пока качественного объяснения, однако представляется фундаментальным и требует специального изучения и детализации.

Интервал времени между 3 и 2 млрд лет в истории Земли характеризовался рядом изменений в строении важнейших ее оболочек и механизмов их взаимодействия. Это было связано с постепенным охлаждением ее недр и нарушением механизмов теплообмена как между мантией и корой, так и внутри мантии. К рубежу 2.5 млрд лет произошло разделение мантии (большая «тепловая дивергенция») на деплетированную верхнюю (астеносферную) и примитивную нижнюю, что отразилось на составе океанических базальтов. Примерно с этого же рубежа началось систематическое снижение температуры генерации коматиитов, зафиксировавших температурные изменения в области их зарождения в нижней мантии, в составе океанических базальтов возросла доля базальтов с островодужными характеристиками, изменилось поведение глобальных изотопных систем: стронциевой, неодимовой, кислородной. В это же время резко увеличился рост континентальной литосферы, состоящей из субконтинентальной литосферной мантии и коры, а кора обогатилась кислым континентальным материалом, насыщенным литофильными элементами. Произошло резкое расширение состава магматизма, среди его продуктов ведущую роль стали играть породы известково-щелочной серии, появились ассоциации с участием щелочных пород, в том числе карбонатитов и кимберлитов. Ведущим механизмом этих изменений были процессы субдукции, определившие рециклинг корового материала в глубины мантии, важнейшим следствием которого стало образование слоя D″ на границе ядра и мантии. Все эти процессы привели к изменению окислительно-восстановительной обстановки на поверхности Земли и появлению свободного кислорода. В конечном счете переходный период способствовал тому, чтобы с рубежа ~ 2.0-1.8 млрд лет на Земле установился режим тектонической активности, близкий к ее современному состоянию.

Использование космогеологической информации приводит к новому качеству обобщений по изучению активных геологических процессов разного масштаба. В качестве опорных примеров в работе рассматриваются геологические регионы, где накоплена обширная информация с участием авторов. Комбинация спутниковых снимков совместно с картами гравитационных аномалий и данными сейсмической томографии на примере Камчатки позволила получить обоснованные на поверхности и на глубине (от 10-50 до 650 км) трехмерные модели вулканических структур. Для молодых вулканогенно-осадочных структур Камчатки возможно проследить взаимодействие разных процессов - от кристаллизации магм в магматических камерах до процессов рудообразования и нефтеобразования в кальдерах. Древние тектонические структуры, а также наложенные кайнозойские деформации на территории Тянь-Шаня, Алтая и Байкальского региона отчетливо отображены на спутниковых снимках и картах гравитационных аномалий. Дальнее воздействие Индо-Евразийской коллизии на Тянь-Шане, Алтае и Байкальском регионе в значительной мере реализовывалось за счет сдвиговых процессов, сформировавших наиболее контрастные структуры в зонах сочленения региональных разломов и по обрамлению кратонных структур. В активных структурах Горного Алтая широко развиты травертины, проявление которых коррелируется с сейсмической активностью. С глубинными флюидами плюмового происхождения может быть связано массовое образование метана и газогидратов в оз. Байкал.

Ключевская группа вулканов (КГВ), расположенная в центральной части Камчатки, является уникальной по разнообразию и интенсивности вулканических проявлений. Особенности эруптивной деятельности КГВ определяются сложной системой магматических источников в коре и мантии. Если структура глубинных аномалий устанавливается достаточно надежно с помощью методов томографии на базе объемных волн, то строение верхних нескольких километров коры можно определить только с помощью шумовой томографии. В статье приводятся результаты обработки данных по сети KISS, которая включала в себя более 100 сейсмических станций, установленных в 2015-2016 гг. на территории КГВ и ее окрестностях. Непрерывные записи сейсмического шума по парам станций были использованы для выявления поверхностных волн Рэлея и построения для них дисперсионных кривых. Эти данные применяли для реализации шумовой томографии, которая состояла из двух этапов: 1) построения карт групповых скоростей для разных частот и 2) реализации инверсии для получения трехмерной модели скорости поперечных волн до глубины около 8 км. Полученные модели позволили выявить особенности строения отдельных вулканических систем КГВ. Под крупными базальтовыми постройками Ушковского и Толбачинского вулканов на малых глубинах наблюдаются высокие скорости. На больших глубинах структура под Ушковским остается высокоскоростной, а под Толбачиком - низкоскоростной, что демонстрирует отличие между застывшей и активной магматической системой. В районе вулканов Ключевской, Камень и Безымянный наблюдается сложная форма скоростных аномалий, варьирующих как по латерали, так и по глубине. Сечения с абсолютными скоростями выявили, что эта группа вулканов представляет собой относительно низкоскоростные тела, расположенные на горизонтальном высокоскоростном фундаменте. Под влк. Безымянный на глубине 6 км обнаружена низкоскоростная аномалия, связанная с малоглубинным магматическим очагом. Яркая низкоскоростная аномалия наблюдается под влк. Удина. Она интерпретируется как изображение магматического очага, который привел к сейсмической активизации, начавшейся в декабре 2017 г. и продолжающейся по сегодняшний день.

Исследования расплавных и флюидных включений, минералов, а также расчетное моделирование (на основе данных по составам расплавных включений, клинопироксенов и амфиболов) позволили выяснить особенности физико-химических параметров магматических систем в ходе развития докальдерного влк. Пра-Горелый и при формировании последующих современных комплексов влк. Молодой Горелый. Получены температурные характеристики кристаллизации вкрапленников оливина, клинопироксена и плагиоклаза (1115-1260 °С), а также амфибола (740-890 °С), хорошо согласующиеся с ранее опубликованными данными по магматизму влк. Горелый. Расчетное моделирование на основе составов и температур гомогенизации расплавных включений показало, что установленный нами интервал давлений (7.0- 0.5 кбар) и соответственно глубин кристаллизации минералов (21.0-1.5 км) можно разбить на два уровня. Эти магматические камеры на глубинах 21-15 км и 9-1.5 км характерны для обоих вулканов - Пра-Горелый и Молодой Горелый. Определены разные температурные режимы с более высокими характеристиками для влк. Пра-Горелый (1240-1190 °С), чем для влк. Молодой Горелый (1190-1125 °С). В первом случае установлено присутствие в плагиоклазе первичных флюидных включений с СО₂ низкой плотности и сингенетичных им первичных расплавных включений, что свидетельствует о кристаллизации минерала из гетерофазного расплава. При этом центральные части вкрапленников плагиоклаза формировались из гомогенного расплава. Резкое падение давления приводило к фазовой сепарации магмы по всей магматической колонне (верхняя и нижняя камеры) и к росту в кристаллах плагиоклаза из двухфазового расплава зон, насыщенных флюидными включениями СО₂. При закрытии системы и исчезновении самостоятельной фазы СО₂ рост плагиоклаза происходил из гомогенного расплава.

В результате комплексных структурно-геологических и металлогенических исследований с учетом ранее проведенных авторами работ, начатых еще в прошлом веке, было установлено, что юго-восточная часть Восточного Саяна сформировалась преимущественно в неопротерозое-раннем палеозое в условиях многоэтапной покровной тектоники и тектономагматической переработки автохтонных и надвинутых на них аллохтонных океанических (офиолитовых), островодужных и окраинно-морских террейнов, а также амальгамации аккреционно-коллизионных и постколлизионных магматических комплексов, возникших при открытии и последующем закрытии окраинных структур Палеоазиатского океана. В среднем и позднем палеозое продолжались активные внутриплитные вулканоплутонические процессы в условиях разрывных нарушений сдвигонадвигового типа, приведшие к образованию новых покровно-купольных структур и перераспределению рудного вещества (золота и пр.) в крупных месторождениях полезных ископаемых. Окончательно структура юго-восточной части Восточного Саяна оформилась в позднем кайнозое в результате образования высокогорного рельефа и извержений вулканов, в том числе в долине р. Жомболок.

По данным геологических, минералого-геохимических исследований медного и золотого оруденения, проявленных в Бумбатском рудном районе Монголии, установлено, что они связаны с разновозрастными магматическими образованиями, сформировавшимися в различных геодинамических и геолого-геохимических условиях. Медные рудопроявления (участки 98 и Алтан-Гадас) с возрастом 518.0 ± 4.9 млн лет схожи по своим минералого-геохимическим характеристикам и сформировались, вероятно, в связи со становлением штоков плагиогранит-порфиров позднеостроводужного этапа (524.5 млн лет). Рудоотложение происходило из слабоконцентрированных растворов с низким содержанием СО₂ при температурах 240-230 °С в близповерхностных условиях. Связь оруденения с плагиогранитами, преимущественно жильная форма выделения и существенно-медный состав руд с повышенным содержанием Zn, Mn, Ba, а в отдельных пробах Ag и Bi дают основание предварительно отнести эти проявления к жильной кварцево-сульфидной формации, промышленную значимость которых еще предстоит оценить. Золоторудная минерализация (участки Три Холма и Дарби) сформировалась в более позднее время (455.9 ± 4.3 млн лет) и связана со становлением заключительных фаз гранитоидов аккреционно-коллизионного этапа (511-465 млн лет). Оруденение участков представлено минерализованными зонами дробления, сложенными гидротермально измененными породами серицит-кварцевого состава с прожилково-вкрапленной (штокверковой) сульфидной минерализацией и золотоносными кварцевыми жилами. Содержания золота в рудах варьирует от десятых долей до десятков г/т, а его пробность изменяется от 700 до 1000 ‰. В рудах обоих участков установлены повышенные концентрации Cu, Zn, Mn, Ba, а в отдельных пробах Mo. Оруденение сформировалось в приповерхностных условиях при средних температурах (230-300 °С) из гидротермальных растворов с концентрацией солей от 9.5 до 12 мас. % NaCl-экв. Все отмеченные признаки золоторудной минерализации изученных участков отвечают фланговым зонам месторождений Cu-(Mo)-порфировой формации.

Приведены результаты геохронологических исследований пород различных магматических комплексов, а также рудных образований (гидротермально-измененных вулканических пород с промышленным Au-Ag оруденением), представленных в пределах месторождения Покровское. Показано, что возраст гранитов Сергеевского массива верхнеамурского комплекса, вмещающих рудные тела, составляет ~ 129 млн лет. Первичный возраст дацитов силлообразного тела оценен 128-125 млн лет, что соответствует возрасту вулканических пород талданского комплекса. Возраст наложенных на эти дациты процессов пропилитизации в первом приближении оценен интервалом 122-119 млн лет. Принимая во внимание присутствие в рассматриваемых породах промышленных концентраций золота и серебра, мы полагаем, что этот возрастной интервал может быть распространен и на процесс формирования рудных тел. В пределах Умлеканской вулканической зоны на рассматриваемый возрастной интервал (122-119 млн лет) приходится становление галькинского вулканического комплекса, сопровождаемо?е гранитоидным магматизмом. На этом основании мы полагаем, что формирование месторождения Покровское, вероятно, связано с галькинским комплексом.

3 января исполнилось 85 лет известному российскому ученому члену-корреспонденту РАН, доктору геолого-минералогических наук, советнику РАН, главному научному сотруднику лаборатории геодинамики Геологического института СО РАН Ивану Власовичу Гордиенко.

4 января 2021 г. российскому геологу, члену-корреспонденту РАН Глебу Владимировичу Полякову исполнилось 90 лет.