Главная – Журналы – Геология и геофизика 2010 номер 7

Исследование особенностей геохимического состава мегакристаллов клинопироксена и граната из россыпного месторождения сапфиров Дак Нонг и модельные расчеты показали, что они образовались в результате кристаллизации щелочных базальтов в глубинной промежуточной камере (давление 14-15 кбар), что близко к границе МОХО (50 км) для этой части Юго-Восточной Азии. Эти камеры являлись источником тепла и углекислотных флюидов для генерации коровых сиенитовых расплавов, из которых кристаллизовались сапфиры и цирконы. При этом условия образования сапфира и циркона существенно различаются. Наличие включений жадеита в россыпных цирконах указывает на высокие давления при его кристаллизации, что дополнительно подтверждается повсеместной разгерметизацией богатых углекислотой расплавных включений. Сапфиры же кристаллизовались из более железистого сиенитового расплава в более высоких горизонтах земной коры при участии углекислотного и карбонатно-водно-углекислотного флюидов. Последующие извержения щелочных базальтов играли роль транспортера, выносящего мегакристаллы граната и пироксена, а также ксенокристаллы сапфира и циркона на поверхность.
Показано, что для образования сапфиров необходимыми условиями являются наличие многоэтапного базальтового вулканизма с глубинными промежуточными камерами в областях с мощной континентальной корой, а поисковым критерием является широкое развитие мегакристовой ассоциации (клинопироксен, гранат, санидин и ильменит) и присутствие в россыпях мегакристаллов цирконов.

Хамбинская вулканотектоническая структура образует северо-западное горстовое обрамление позднемеловой Гусиноозерской впадины. Ее происхождение обусловлено внутриконтинентальным рифтогенным режимом развития территории Западного Забайкалья в позднем мезозое, которое привело к формированию системы субпараллельных грабенов и горстов, выраженных в современном рельефе. Магматическая история этой структуры охватывает возрастной интервал от 159 до 117 млн лет назад и разбивается на три этапа. На первом (159-156 млн лет) - были сформированы мощные (до 1500 м) вулканические толщи, сложенные трахибазальтами, базальтовыми трахиандезитами, трахитами, трахидацитами, трахириолитами и пантеллеритами. На двух последующих этапах возникли одиночные палеовулканы (127-124 млн лет), представленные трахибазальтами, базальтовыми трахиандезитами, фонотефритами, тефрифонолитами и щелочными трахитами, и Муртойская (Гусиноозерская) дайка (122-117 млн лет) эссекситов. Основная тенденция изменения магматических ассоциаций от ранних этапов к поздним связана с сокращением объемов магматизма и разнообразия пород за счет уменьшения доли вулканитов кислого состава. В породах основного состава повышаются суммарная щелочность, содержания некогерентных Th, U, K, Rb, Pb, Nb, Ta, Zr, Hf, сумма редкоземельных элементов и отношение LREE/HREE. Изотопный состав Sr и Nd в них практически не изменяется и отвечает составу мантийных источников типа OIB-EMII. Вариации составов связываются с уменьшением во времени степени частичного плавления однотипного магматического источника.

В нижнедевонских олистостромах, перекрывающих кобальт-медно-колчеданные залежи в ультрамафитах основания Западно-Магнитогорской палеоостровной дуги, известны офикальциты. Они сложены угловатыми обломками серпентинитов и карбонатов размером от первых миллиметров до нескольких сантиметров, сцементированными гематит-кальцитовым и кварц-гематит-кальцитовым матриксом с примесью арагонита, магнезита и сидерита. Хромшпинелиды из серпентинитов в офикальцитах по химическому составу аналогичны таковым из подстилающих серпентинитов и относятся к надсубдукционным образованиям активных континентальных окраин. Изотопные соотношения углерода и кислорода из кальцита матрикса брекчий характерны для гидротермальных образований и по параметрам сходны с таковыми из карбоната в сульфидных рудах и тальк-карбонатных метасоматитах. Исследование флюидных включений из кальцитового цемента показало, что образование офикальцитов происходило из низко- и среднетемпературных (100-280 °С) гидротермальных растворов. Причиной являются пострудные гидротермальные эманации в придонных условиях на ультрамафитах, аналогичных современным гидротермальным полям в срединно-океанических хребтах и островных дугах. Гидротермальные и тектоноседиментационные процессы в кровле ультрамафитовых массивов в устьях гидротермальных источников приводили к эрозии, переотложению и последующей цементации тел и построек офикальцитов, представленных четырьмя основными типами. Дальнейшие тектонические и гравитационные процессы привели к разрушению тел офикальцитов и попаданию их в олистостромы.

На примере распределения золота по кристаллам различного размера при гидротермальном синтезе пирита, мышьяковистого пирита и магнетита экспериментальным путем изучена зависимость концентрации микроэлемента от размера кристалла в пробе. Выполнено моделирование эффекта в предположении, что он связан с поглощением примеси Au неавтономной поверхностной фазой (НФ). По данным о зависимости среднего содержания равномерно распределенной примеси золота от удельной поверхности среднего кристалла определена структурная составляющая примеси Au в кристаллах (1.5, 0.5 и 0.7 г/т для пирита, мышьяковистого пирита с 0.02-0.08 мас.% As и магнетита соответственно). Экстраполяцией размерной зависимости концентрации к характерному размеру неавтономной фазы получены оценки концентраций золота в гипотетически "чистых" НФ и коэффициенты фракционирования Au в НФ по отношению к "объемной" фазе, которые составили 1.1·10³, 3.5·10³ и 2.4·10³ для пирита, As-пирита и магнетита. Таким образом, данный эффект сопоставим по величине с известным эффектом "улавливания" элементов дефектами кристаллической структуры в области микроконцентраций, а примесь мышьяка способствует фракционированию золота в НФ. Рассмотрены другие проявления эффекта и его значение для решения ряда проблем экспериментальной геохимии и аналитической химии микроэлементов, переработки рудного сырья. Показано, что полученные данные обосновывают новый механизм концентрирования несовместимых элементов (включая благородные металлы) в условиях эндогенного рудообразования, более общий и более эффективный по сравнению с классической адсорбцией, в том числе восстановительной адсорбцией ртути и благородных металлов на минеральных фазах.

Реконструировано пространственное положение вулканических областей Центрально-Азиатской внутриплитной вулканической провинции в позднем мезозое и кайнозое. Установлено, что области аномальной мантии, с которыми связан магматизм Центрально-Азиатской провинции внутриплитного магматизма, меняли свою конфигурацию в мелу и кайнозое. В начале раннего мела области аномальной мантии занимали пространство от 42° до 61° N (около 2000 км по широте). Возможно, в течение мела положение областей аномальной мантии было стационарным в пространстве. Магматизм провинции проявлялся в областях литосферы Евразийской плиты с пониженной мощностью, сопоставимой или меньшей мощности литосферы океанической коры. Позднемезозойские магмы в основном выплавлялись из гидратированных мантийных источников с изотопными составами PREMA и EM-II. В раннем кайнозое (50 млн лет назад) активность области аномальной мантии была значительно ниже, чем в раннем мелу. Магматические расплавы генерировались только в двух областях мантии - очень локальной Южно-Хангайской горячей точке и, по-видимому, в довольно обширной (не менее 800 км по ширине) области мантии к северу и северо-востоку от нее. В целом аномальная мантия занимала пространство от 46° до 59° N, около 1300 км по широте. Выплавлялись магмы типа OIB, источники магматизма были слабо гидратированы и характеризовались изотопным составом типа PREMA и EM-I. В миоцене в мантии, вероятно, был новый "выброс" разогретого разуплотненного аномального вещества, который привел к резкой активизации магматизма и расширению размеров вулканической провинции до 2 тыс. км по широте. Литосфера во всех вулканических областях характеризовалась малой мощностью, в том числе и вдоль всей траектории Евразии над Южно-Хангайской горячей точкой.

Проведен анализ результатов измерений на пунктах сети Байкало-Монгольского геодинамического полигона за период с 1994 по 2007 г. Рассчитано поле скоростей современных горизонтальных движений земной поверхности для территории Прибайкалья, Западной и Центральной Монголии, Тувы. Вычислены скорости относительных деформаций и вращения для структурно обоснованной триангуляционной сети полигона.
В поле векторов скоростей горизонтальных движений выделяются два главных тренда - северо-восточный, локализованный в пределах Джунгарии, Монгольского Алтая и Долины Больших Озер, и юго-восточный, характерный для Хангая, восточной части Гобийского Алтая, Забайкальского блока Амурской плиты. Направление и скорости перемещения GPS-пунктов подтверждают движение Амурской плиты в юго-восточном направление со скоростью около 2 мм·год^-1.
По величине и соотношению относительных деформаций выделены домены преимущественного сокращения и расширения. Первые наблюдаются в Гобийском и Монгольском Алтае, а также в районе хр. Хамар-Дабан. Магнитуда северо-восточного укорочения достигает ε₂ = (19.2 ± 6.0) ·10^-9 год^-1. Вторые выделяются в Байкальском и субмеридиональном - Бусийн-Гол-Западно-Хангайском доменах. В обоих случаях оси удлинения направлены на северо-запад, магнитуда удлинения достигает ε₁ = (22.2 ± 3.1) ·10^-9 год^-1.
Малыми значениями горизонтальных деформаций и неустойчивостью их по типу характеризуется восточная часть Хангайского свода и прилегающая с востока часть Гобийского пенеплена.
В пределах Орхон-Селенгинской депрессии (центральная и северная части Монголии) значения скоростей укорочения и удлинения приблизительно равны: ε₂ = (15.4 ± 5.4) ·10^-9, ε₁ = (18.1 ± 3.1) ·10^-9 год^-1. Отклонения от общей тенденции ориентации осей и изменение типа деформаций наблюдаются вблизи эпицентральной зоны Могодского землетрясения 1967 г.
В пределах исследуемой территории наиболее распространенными являются вращения по часовой стрелке c малыми скоростями порядка Ω = 6·10^-9 град·год^-1. Высокие скорости вращения по часовой стрелке отмечаются для Хангайского домена - до (18.1 ± 5.2)·10^-9 град·год^-1, для Гобийского Алтая - (10.4 ± 7.5)·10^-9 град·год^-1, а также для Орхон-Селенгинского домена - до (11.9 ± 5.2)·10^-9 град·год^-1. Домен с вращением против часовой стрелки, где скорость составляет Ω = 3.7·10^-9 град·год^-1, выделяется на территории Западной Тувы, распространяясь на северо-западную часть Долины Больших Озер.
Вращения против часовой стрелки установлены по обеим сторонам Байкальского рифта - вдоль края Сибирской платформы и в пределах сопряженных с рифтом впадинах Забайкалья. Скорости вращения на данной территории достигают (13.0 ± 3.9)·10^-9 град·год^-1, тогда как в пределах Байкальской впадины не выходят за пределы ошибок измерения. Второй домен с вращением против часовой стрелки протягивается от Восточного Прихубсугулья до северных отрогов Хангая. Максимальные скорости вращения достигают здесь (16.3 ± 2.8)·10^-9 град·год^-1.

Традиции исследования тектоники деформационно-метаморфических структур опираются на стратиграфические критерии с "восстановлением" додеформационных ситуаций, а также на представления об их тождестве с разломами. На примере Кедровско-Бутачихинской зоны смятия Рудного Алтая показана необходимость выделения характерного класса структур земной коры с масштабными новообразованиями тектонитов (динамометаморфических породных ассоциаций). Основными закономерностями их строения являются: концентрация разрывных нарушений преимущественно сдвигового типа с интенсивным механическим разрушением и преобразованием геологического субстрата; генеральная анизотропия структурных элементов всех иерархических уровней; наличие упорядоченных структур течения в ламинарных и турбулентных формах. На основе типизации тектонитов и принципов структурирования геологической среды разработана классификация структурно-вещественных комплексов Кедровско-Бутачихинской зоны смятия с выделением типовых ассоциаций динамокластитов, тектоносланцев, тектономикститов и механо-метасоматитов; построена картографическая геолого-структурная модель деформационно-метаморфической зоны. Карта отражает распределение структурно-вещественных комплексов, породная основа которых контрастно метаморфизована в условиях зоны смятия.

Выполнен анализ опыта использования сплайн-аппроксимационных методов для картирования свойств геологических объектов. Выделены основные элементы решения задач геокартирования с применением этих методов - аппроксимационный подход, в котором задача формулируется в вариационной постановке минимизации целевого функционала; возможность одновременного восстановления нескольких поверхностей; использование стабилизаторов для задания общих свойств картируемой поверхности; введение дифференциальных операторов, с помощью которых можно описать искомую поверхность и ее связи с известными полями; использование данных, локально задаваемых в точках наблюдений; применение уравнений в частных производных, аналогичных уравнениям математической физики, описывающих свойства картируемой поверхности; некоторые элементы регрессионного анализа, при котором коэффициенты связи определяются одновременно с решением основной задачи картопостроения; аддитивное включение в функционал в принципе произвольного числа прямой и дополнительной информации, учитываемой при построении на основе приближенных условий с помощью весовых коэффициентов в качестве управляющих параметров.
Предложена обобщенная математическая постановка, включающая введение и детализацию понятий глобальных и локальных уравнений, строгих и нестрогих связей. Реализация этой обобщенной постановки в программном комплексе GST обеспечивает решение широкого круга задач геокартирования с возможностью многокритериальной оптимизации конечных результатов, с учетом разнородных косвенных данных, а также модельных представлений, описываемых уравнениями в частных производных второго порядка.

Синхронная съемка геомагнитных площадных данных позволяет получить информацию об изучаемом регионе с помощью нетрадиционных методов обработки с применением нелокальных функций отклика среды. Используется алгоритм обработки данных, основанный на согласовании между собой всех вариаций горизонтальных и вертикальных компонент геомагнитного поля, наблюдаемых на дневной поверхности в пунктах сети наблюдения региона. Процесс поиска модели электропроводности в исследуемом объеме осуществляется методами оптимизации. Указанным способом обработаны данные мировой сети геомагнитных обсерваторий Европейского региона за 2004-2005 гг. по суточным вариациям для первых пяти временных гармоник. Построены карты латеральной неоднородности кажущейся электропроводности в Европе в зависимости от временного периода. Замечена корреляция между расположением максимумов электропроводности и минимумов толщин литосферы. В частности, на картах латеральных распределений кажущейся электропроводности можно выделить Паннонскую впадину, где толщина литосферы по сейсмическим данным уменьшается до ~50 км.