Главная – Журналы – Геология и геофизика 2010 номер 6

В данной статье автор попытался сформулировать суть современных представлений о динамике планеты Земля и ее отдельных оболочек - геосфер, о факторах и источниках энергии - внутренних и внешних (космических), определяющих эту динамику. Далее кратко рассмотрена эволюция структуры планеты и намечены основные этапы этой эволюции. Автор считает, что все эти данные должны быть положены в основу создания подлинно глобальной модели динамики и эволюции системы Земля, осуществление которой является делом будущего.

Статья представляет анализ системы моделей, определяющих основные геодинамические процессы (спрединг, субдукция, переходящая в коллизию; мантийные плюмы) во взаимосвязи с эволюцией Земли и закономерно изменяющихся геодинамических параметров. Основные тенденции и этапы эволюции Земли отражают необратимое остывание Земли, окисление ее поверхности, периодические изменения геодинамических процессов и параметров трех характерных размеров (глобальные длительностью около 700-800 млн лет, более локальные с периодичностью 120, 90, 30 млн лет и короткопериодные вариации от десятков тысяч до десятков лет, обусловленные вариациями позиционирования Земли в космосе и, возможно, другими космическими факторами. Важнейшие события и оценки температуры мантии и поверхности, теплового потока, вязкости, а также соответствующих им режимов конвекции и плюмового магматизма сделаны для укрупненных этапов эволюции Земли: Хадейского (4.6-3.9 млрд лет), раннеархейского (3.9-3.3), позднеархейского (3.3-2.6), раннепротерозойского (2.6-1.9), среднепротерозойского (1.9-1.1), неопротерозойского (1.1-0.6), фанерозойского с двумя подэтапами (0.6-0.3 и 0.3-0 млрд лет).
Проанализированы модели основных процессов современной геодинамики. Процессы спрединга рассмотрены на основе базовой модели двухслойной конвекции в мантии с детализацией параметров процессов, локализованных вблизи срединно-океанических хребтов (СОХ). Задача зонального просачивания (миграции) базитовых расплавов в верхней мантии под СОХ рассмотрена на качественном уровне. При анализе процессов в зоне субдукции главное внимание уделено моделированию плавления, сопоставлению экспериментальных и наблюдаемых составов расплавов, их вариации в периоды активизации (длительностью около 100 тыс. лет) и затишья магматизма. Масштабы и модели взаимодействия поднимающихся из зон субдукции флюидов и расплавов с вышележащей мантией остаются наиболее дискуссионными. В качестве базовой модели плюмового магматизма рассмотрена модель термохимических плюмов, возникающих на границе ядро-мантия под воздействием "летучих" компонентов (H₂, CH₂, KH и др.), выделяющихся из металлического внешнего ядра, окисляющихся и понижающих температуру возникающего расплава. Эта модель образно может быть названа моделью газовой горелки.
В заключение рассмотрена многопорядковая периодичность эндогенных процессов и их влияние на поверхностные процессы и эволюцию биосферы.

В рифтогенной структуре Джинпинг-Шонгда, входящей в Эмейшаньскую изверженную провинцию, выделяются пермские высоко- и низкотитанистые вулканические и вулканоплутонические ультрамафит-мафитовые ассоциации, существенно различающиеся особенностями состава и происхождения. Высокотитанистые пикриты, пикробазальты, базальты и долериты обогащены LREE, обеднены HREE, характеризуются низкими Al₂O₃/TiO₂ отношениями (~4), близкими значениями ε_Nd ( T ) (+0.5...+1.1) и низкими (Th/Nb)_PM отношениями, сходными с OIB обогащенным мантийным источником. Полученные геохимические характеристики свидетельствуют о том, что родоначальные расплавы для этой серии пород генерировались за счет гранатового лерцолита на глубинах стабильности граната ориентировочно от 200 до 400 км. Формировавшиеся вслед за этим высокомагнезиальные низкотитанистые вулканиты (коматииты, коматиитовые базальты и базальты), а также ассоциирующие с ними небольшие по размерам перидотит-габбровые массивы и дайки коматиит-базальтового состава образовались при высокой степени парциального плавления (~20 %) деплетированного обедненного водой (ε0.03 мас.% Н₂О) перидотитового субстрата на относительно небольших глубинах (100-120 км) из наиболее разогретой верхней части мантийного плюма. Деплетированные LREE коматииты и коматиитовые базальты имеют низкие (Ce/Yb)_CH, ¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os = 0.05-1.2 и ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.704-0.706 отношения, положительные значения ε_Nd (T) величин (+3...+8), вариации γ_Os (от -0.5 до +0.9) и сильные отрицательные Ba, K и Sr аномалии на спайдер-диаграммах. Реже встречающиеся обогащенные LREE коматииты, коматиитовые базальты и базальты широко варьируют по химическому составу, величинам ε_Nd (T) (+6.4...-10.2), ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношениям (0.706-0.712) и значениям γ_Os (от 14.8 до 56), что обусловлено различной степенью коровой контаминации родоначальных магм. Изотопный возраст базальтового коматиита, полученный Rb-Sr методом, составил 257 ± 24 млн лет; Re-Os методом на основе анализа 12 образцов коматиитов установлен возраст в 270 ± 21 млн лет. Эти данные согласуются с возрастом флуд-базальтов Эмейшаньской изверженной провинции. Коматиит-базальтовый комплекс рифта Шонгда представляет собой пока единственный пример платинометалльно-медь-никеленосного фанерозойского комплекса такого состава. Геохимические особенности сопутствующих Cu-Ni-ЭПГ руд подтверждают их связь с коматиит-базальтовым магматизмом.

Приведены результаты комплексных геологических, петрологических, геохимических и геохронологических исследований тастауского кольцевого интрузивного комплекса Зайсанской складчатой области Восточного Казахстана. Изучены проявления процессов смешения кислой и мафической магм. Гибридные породы комплекса представлены габбро и диоритами, внедренными в магматическую камеру гранитного состава. Результирующие гибридные породы включают дайки, пиллоу- и глобулярной формы базитовые тела, в разной степени дезинтегрированные и гомогенизированные с вмещающими гранитоидами. Возраст становления синплутонических пород составляет 242±20 млн лет (циркон, U/Pb), что c учетом аналитической погрешности существенно моложе ранее предполагаемого возраста.
Рассмотрены механизмы взаимодействия кислой и мафической магм, включающие механическое смешение (минглинг) и химическое взаимодействие (миксинг) с формированием композитных смесей и гибридных пород. Пропорции мафического и кислого компонентов, вовлеченных в процесс формирования промежуточных по составу пород, были рассчитаны по главным элементам с помощью регрессионного анализа и протестированы с учетом редких и рассеянных элементов. Модель механического смешения предполагает быстрое закаливание базитового расплава при внедрении его в гранитную магматическую камеру, разрушение закристаллизованных фрагментов, дисперсию фрагментов и кристаллов внутри магматической камеры в режиме быстрого турбулентного течения, обогащение кислой магмы фемическими компонентами с формированием магм монцонитового ряда.

Представлены результаты измерений растворимости воды методом инфракрасной спектроскопии в Al-содержащем периклазе и ферропериклазе (Mg# = 88), синтезированных при 25 ГПа и 1400-2000 °C. ИК спектры кристаллов содержат узкие пики поглощения в области 3299, 3308 и 3474 см^-1. Рассчитанные содержания H2O в периклазе (Al₂O³ = 0.9-1.2 мас.%) составляют 11-25 г/т, в ферропериклазе (Al₂O³ = 0.9-2.9 мас.%) - 14-79 г/т. Ферропериклаз содержит больше Н₂О и Al₂O₃ по сравнению с периклазом при повышенной температуре 1800-2000 °С. Вероятно, добавление Al₂O₃ не влияет на растворимость воды в ферропериклазе, однако может способствовать дополнительному вхождению Fe₂O₃ в структуру. В свою очередь, вхождение Fe³⁺ в ферропериклаз увеличивает растворимость воды за счет восстановления железа до Fe²⁺. В работе показано, что растворимость воды в ферропериклазе, соответствующем мантийному перидотиту, ограничена, поэтому ферропериклаз не может рассматриваться как важный водосодержащий минерал в нижней мантии Земли.

Приводится обзор современных представлений о накоплении железа и марганца в донных осадках Байкала и закономерностях образования железомарганцевых, в том числе фосфатоносных, конкреций в озере. Особое внимание уделено возможности участия в этом процессе гидротерм, а также происхождению древних конкреций, глубоко захороненных в байкальских осадках. Впервые показана вероятность связи руд на берегах озера и конкреционных образований в донных отложениях прилегающих районов Байкала.

Исследования золоторудных районов, выявленных на площади Сибирского (Северо-Азиатского) кратона и обрамляющих его террейнов, позволили установить значительную продолжительность эволюции золотоконцентрирующих процессов (от раннего кембрия до позднего мезозоя и кайнозоя) и определенную структурно-геологическую, магматическую и металлогеническую унаследованность формирования рудоносных площадей. На юго-востоке России наиболее крупные скопления месторождений золота позднемезозойского (J-K) возраста выявлены на Алдано-Становом щите и северной окраине Аргунского супертеррейна в Алданском (Якутия), Балейском (Забайкалье) и Гонжинском (Верхнее Приамурье) рудно-россыпных районах.
Сравнительный анализ геолого-геофизических позиций трех вышеназванных районов показал, что все они расположены в зонах влияния разноориентированных глубинных долгоживущих разломов, в обрамлении крупных выступов докембрия и пространственной (парагенетической) связи с локальными очагово-купольными сооружениями из позднемезозойских (J-K) интрузивных, субвулканических, экструзивно-эффузивных тел, даек и терригенно-пирокластических покровов. Ареалы юрско-меловых вулканоплутонических образований возникли вследствие воздействия Восточно-Азиатского подлитосферного "горячего поля мантии".
Таким образом, подтверждается важная рудоконтролирующая роль крупных долгоживущих глубинных разломов (выраженных в виде глобальных и региональных гравитационных ступеней) в размещении благороднометалльных рудно-магматических систем повышенной продуктивности, позволяющая сделать вывод об индикаторном значении площадей сопряжения гравитационных ступеней разной ориентации и порядка для выделения потенциально перспективных на Au территорий при прогнозно-металлогенических исследованиях и проведении мелкомасштабных поисков. Учитывая архей-протерозойский возраст и большую глубину заложения тектонических зон, можно полагать, что существованием протяженных долгоживущих мобильных зон (до посткембрийского распада Cибирского континента) предопределены многие особенности последующего развития орогенных поясов в обрамлении кратона и их металлогенической специализации, в том числе размещения месторождения благородных металлов.

Предыдущая стратиграфическая схема кембрия Турухано-Иркутско-Олекминского региона Сибирской платформы была составлена в 1986 г. и утверждена в 1988 г. За прошедшие 20 лет были получены новые данные бурения в западных и северных частях региона. В результате уточнено фациальное районирование, выделены области, районы и зоны, обоснован раннемайский региональный стратиграфический перерыв. В разряде местных стратиграфических подразделений внесена надперерывная оленчиминская пачка (основание эвенкийской свиты). В Бахтинской области упразднена кочумдекская свита, а соответствующие ее именные подсвиты (ясенгская, моктаконская, марская и абакунская) переведены в ранг свит. В Байкитской зоне упразднена оленчиминская свита. Корреляция позволила выделить здесь литвинцевскую свиту.

Рассматривается развитие представителей отряда строматопороидей в седиментационном эпиконтинентальном бассейне Сибирской платформы и Таймыра в ордовикское и силурийское время. Самый древний род в этом бассейне - Priscastroma - обнаружен в середине среднего ордовика. Он представлен видом P. gemina Khrom., который имеет две формы - А и Б. При прослеживании появления во времени новых родов удалось достаточно четко установить наличие двух ясно выраженных ветвей в развитии строматопороидей.
Родоначальницей одной ветви является P. gemina f. А, от которой возник род Cystostroma , служащий основателем трех подветвей, объединенных одним признаком - преобладанием горизонтальных скелетных элементов. Различаются подветви только микроструктурой ткани. Рода Stromatocerium, Dermatostroma, Aulacera имеют плотно-фиброзную ткань, а Rosenella и ее потомки - плотную. Род Lophiostroma , по-видимому, является тупиковым и обладает листовато-волокнистой микроструктурой.
Основательницей другой ветви служит P. gemina f. Б, от которой возникли Labechia и ее потомки. Эта ветвь характеризуется плотной микроструктурой ткани и преобладанием вертикальных скелетных элементов.
Сравнение ордовикских строматопороидей, известных в других бассейнах мира, с сибирскими, показывает, что все ордовикские рода, обнаруженные в эпиконтинентальном бассейне Сибирской платформы и Таймыра, зародились здесь. Таким образом, данный бассейн был одним из центров возникновения строматопороидей.

Объемные модели распределения V_S скорости и скоростных аномалий в интервале глубин 0-70 км получены для юга Байкальской рифтовой зоны и сопредельных областей. Использованы записи 46 цифровых станций по двум международным телесейсмическим экспериментам, состоявшимся на юге Сибири и в Монголии. Исходными данными являются приемные SV -функции, выделенные из коды P -волны далеких землетрясений. Инверсией этих данных рассчитаны изменения скорости S -волн с глубиной в окрести каждого пункта наблюдения, что позволило построить модели, скоростные особенности которых соотносятся с тектоническими структурами. Прослежен переход от относительно тонкой коры Сибирской платформы к утолщенной коре складчатых областей. Непосредственно под Южно-Байкальской впадиной обнаруживается локальное утонение коры. На различных глубинах в земной коре под Байкальской рифтовой зоной, под складчатыми областями Забайкалья и Монголии, а также под Сибирской платформой выявлен ряд слоев пониженной скорости, основная часть которых может соответствовать мощным анизотропным зонам милонитов, сопровождающим крупноамплитудные надвиги.

Средствами компьютерного эксперимента исследованы возможности и ограничения инверсии индукционных переходных характеристик, измеренных в присутствии двух моделей: 1) поляризующийся слой, подстилаемый неполяризующимся основанием; 2) неполяризующийся слой, перекрывающий поляризующееся основание. Влияние вызванной поляризации учитывалось путем использования комплексной частотно-зависимой электропроводности, описываемой формулой Коул-Коул. Одним из авторов на основе набора моделей для двух установок разной геометрии были рассчитаны индукционные переходные характеристики, на которые был наложен гауссов шум. Другой автор, используя эти псевдоэкспериментальные данные, выполнил их индивидуальную и совместную инверсию. Показано, что для модели 1 даже при отсутствии априорной информации найденные путем инверсии поляризационные параметры (поляризуемость, постоянная времени и показатель степени) близки к истинным. Для модели 2 при отсутствии априорной информации возникают проблемы с определением того, какой слой является поляризующимся, а поляризационные параметры определяются с большими ошибками. Для обеих моделей мощность слоя, а также удельное электрическое сопротивление слоя и основания определяются с незначительными погрешностями независимо от того, с учетом или без учета априорной информации была выполнена инверсия. При увеличении мощности слоя его параметры, найденные в результате инверсии, все меньше отклоняются от истинных. По отношению к параметрам основания наблюдается обратная картина: погрешность их определения возрастает при увеличении мощности слоя. Как правило, совместная инверсия по сравнению с индивидуальной улучшает результат, т.е. параметры, найденные путем совместной инверсии, оказываются ближе к истинным. Среднеквадратичное относительное расхождение σ_отн между модельными и псевдоэкспериментальными переходными характеристиками для модели 1 не зависит от мощности верхнего слоя. Для модели 2 наблюдается тенденция: σ_отн убывает при возрастании мощности слоя. Среднеквадратичное относительное расхождение по данным совместной инверсии в несколько раз превосходит σ_отн, полученное в результате индивидуальной инверсии. Это говорит о том, что наряду с σ_отн для оценки качества инверсии могут оказаться полезными дополнительные критерии.