Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4

Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4

Введение

Урал — общепризнанный мировой эталон палеозойских подвижных поясов,

выдающаяся рудная провинция мира с классическими месторождениями черных

и цветных металлов. Именно здесь, в старейшем горнорудном районе

Среднего Урала в пределах западного крыла Тагильского прогиба,

являющегося генотипической эвгеосинклинальной зоной, была заложена

Уральская сверхглубокая скважина СГ-4 проектной глубиной 15000 м.

Немаловажное значение при выборе места заложения имела хорошая геолого-

геофизическая подготовленность района бурения. Точка заложения СГ-4

находится вблизи пересечения региональных профилей ГСЗ.

Бурение СГ-4 начато 15 июня 1985 г опережающим стволом диаметром 215

мм скважина достигала глубины 4008 м. При этом бурение интервала 34—4008

м осуществлялось с непрерывным отбором керна, средний выход которого

составил 64,2%. С целью преодоления возникших в процессе проходки

опережающего ствола геологических осложнений (сильное

кавернообразование, интенсивное возрастание зенитного угла) произведено

формирование ствола диаметром 390 мм с последующим перекрытием интервала

0— 3942 м обсадной колонной диаметром 426 мм. В 1990 г. на скважине

закончен монтаж буровой установки Уралмаш-15000, предназначенный для

бурения до глубины 15 км, и продолжено дальнейшее углубление ствола. На

01.01.1999 г. глубина СГ-4 составила 5401 м.

1 Геологическое строение района заложения скважины СГ-4

Уральская сверхглубокая скважина (СГ-4), расположенная в 5 км западнее

г. В. Тура Свердловской области, бурится с целью изучения земной коры в

типичной структуре эвгеосинклинального типа развития. Проектная глубина

скважины 15 км, бурение было остановлено на глубине 4008 м (для расширения

ствола). В настоящее время глубина скважины около 5400 м. Бурение ведется

со сплошным отбором керна, выход керна около 64 %.

Район бурения СГ-4 (рис.1) в геолого-структурном отношении отвечает

среднеуральскому сегменту Тагило-Магнитогорской мегазоны палеозойского

подвижного пояса Урала. С запада и востока она граничит соответственно с

Западно-Уральской и Восточно-Уральской мегазонами, имеющими в основании

древний кристаллический фундамент, тогда как в Тагило-Магнитогорской

мегазоне он неизвестен. Западной границей последней является Главный шов

Урала, представляющий собой систему параллельных надвигов восточного

падения, по которой Тагило-Магнитогорская мегазона надвинута на структуры

Западно-Уральской мегазоны. Восточная граница Тагило-Магнитогорской

мегазоны проходит по надвигу западного падения (рис. 2).

Тагило-Магнитогорская мегазона традиционно рассматривается как

эталон структур эвгеосинклинального типа развития. Она сложена

преимущественно вулканогенными толщами силура—карбона. Образования,

предшествующие им по возрасту, известны в восточной части Западно-

Уральской мегазоны. Они представлены метаморфизованными в зеленосланцевой

фации вулканогенно-песчано-алеврито-глинистыми толщами верхнего

кембрия—ордовика. Вулканическая составляющая в низах разреза

соответствует трахибазальтовой формации (колпаковская свита, С3—O1), в

верхней части — базальтовой (выйская свита, 02-3).

В составе Тагило-Магнитогорской мегазоны на Среднем Урале выделяются

три зоны, различающиеся набором геологических формаций (с запада на

восток): Кумбинская, Центрально-Тагильская и Красноуральская.

В крайней западной части Кумбинской зоны развит сложный по составу и

строению комплекс эффузивных, субвулканических и гипабиссальных пород,

который ранее при обычном стратиграфическом подходе подразделялся на

диабазовую и кабанскую свиты, датируемые в интервале S1l1-2. В первую

объединяются породы базальтового состава, среди которых наряду с лавами

широко распространены интрузии в виде пакетов даек и силлов. Во второй,

развитой восточнее, с эффузивными и интрузивными базальтами ассоциируют

кислые породы, преимущественно в виде экструзий и субвулканических тел. С

породами лавовой фации перемежаются песчаники, алевролиты, кремнистые

сланцы. Общая мощность стратифицированных образований не менее 2000 м.

Диабазовая и кабанская свиты отнесены к формации натриевых

базальтов—риолитов. В поле их распространения располагается Арбатский

массив (дунит-клинопироксенит-габбровая и габбро-диорит-плагиогранитовая

формации S1l), отдельные мелкие тела габбро и плагиогранитов размещаются

к западу и востоку от него.

Восточнее кабанского комплекса, отделяясь от него разломом,

развиты отложения флишоидной толщи (S1l3-v21) — пара- и ортотуффиты,

тефроиды алевролито-псаммитовой, реже псефитовой размерности и

кремнисто-глинистые сланцы. Характерна темно-серая до черной окраска

тонкообломочных пород, связанная с присутствием рассеянных сульфидов.

В составе пирокластики встречаются породы от базальтов до дацитов.

Мощность флишоидной толщи около 1000 м. Эта толща согласно

перекрывается именновской свитой, в составе которой выделяются две

толщи. Нижняя (S1l1-3-S1v22) имеет, как и нижележащая, флишоидный

облик, но отличается увеличенной долей туфов и тефроидов и их

размерности, отсутствием обломков дацитов. Ее мощность около 1500 м.

Более молодой является толща с фауной верхнего венлока—лудлова,

сложенная тефроидами преимущественно псефитовой размерности, иногда с

грубой градационной слоистостью, с базальт-андезибазальтовым составом

пирокластики. В верхах этой толщи общей мощностью до 2000 м

обособляется пачка лав ( часто подушечных) того состава.

В полосе распространения именновской свиты выявлены

многочисленные субвулканические тела — остатки вулканических аппаратов

центрального типа, а также интрузии габбро и габбродиоритов

(Тагильский комплекс габбро-диорит-гранодиоритовой формации), по

составу сходных с вмещающими вулканическими породами. Именновский

комплекс полностью отвечает определению андезит-базальтовой формации и

явился ее петротипом [Карта магматических формаций СССР, 1974].

В Центрально-Тагильской зоне наиболее ранние образования в

осевой ее части представлены карбонатными отложениями венлока—лудлова,

а в западной части — гороблагодатской толщей (S2), сложенной

преимущественно туфоконгломератами, туфопесчаниками, реже туффитами и

туфами трахибазальтового состава, в подчиненном объеме лавами.

Мощность толщи 1650 м. Восточнее широкой полосой распространена

туринская свита (S2p—D1l). Она сложена в основном подушечными лавами,

гиалокластитами, туфами, тефроидами трахиандезитового, трахитового,

реже базальтового и трахиандезибазальтового состава и в небольшом

объеме известняками. Мощность ее достигает 2—3 км. С вулканическими

породами (выделяемыми в формацию калиевых базальтов—трахитов)

ассоциируют комагматичные субвулканические тела, а также интрузии

сиенитов Кушвинского и габбро Волковского массивов. Фундаментом

туринской свиты являются карбонатные отложения венлока и лудлова, что

и дает основание выделять самостоятельную Центрально-Тагильскую

структурно-формационную зону. Гороблагодатская толща в нижней части

синхронна с именновской свитой, в верхней — с туринской и

рассматривается как фациальный аналог этих свит, формировавшихся на

стыке Кумбинской и Центрально-Тагильской зон.

Разрез Центрально-Тагильской зоны завершается краснотурьинской

свитой (D1p-D2ef) вулканогенно-обломочных пород андезитового,

андезибазальтового, андезидацитового состава, перемежающихся с

туффитами, песчаниками, глинистыми сланцами, известняками.

Вулканические образования этой свиты соответствуют базальт-андезитовой

формации.

В Красноуральской зоне наиболее ранний комплекс —

красноуральский, сопоставляемый по возрасту с кабанским. Однако он

отличается от последнего более широким набором пород, среди которых

преобладают дациты и андезидациты, что дает основание относить его к

«непрерывной» базальт-андезит-риолитовой формации. В качестве

комагматичного ему рассматривается выделяемый под тем же названием

интрузивный комплекс габбро-диорит-плагиогранитовой формации.

Предположительно более молодой (S1l3—v2) является толща пород под

названием липовской (по горе Липовой, где она хорошо обнажена).

Границы ее с окружающими образованиями в плане проходят по разломам. В

составе толщи, имеющей мощность до 2,5 км, ассоциируют

высокомагнезиальная бонинитовая серия и нормальная известково-

щелочная, представленные преимущественно андезитами и дацитами, причем

для первой серии характерны подушечные лавы и гиалокластиты, для

второй — вулканогенно-обломочные фации . Более молодые образования

Красноуральской зоны сопоставляются с именновской и туринской свитами,

хотя отличаются от них по составу и возрасту . Завершается разрез

краснотурьинской свитой.

Вопросы о соотношениях отдельных зон и геологических тел внутри

Тагило-Магнитогорской мегазоны, о возрасте и природе ее фундамента, о

глубине залегания базальтового слоя дискуссионны, что нашло отражение

в существовании целого ряда (не менее 9) моделей глубинного строения

района бурения СГС-4. В соответствии с приверженностью авторов моделей

к одной из двух существующих концепций развития Урала (классической

геосинклинальной или мобилистской) все разнообразие моделей можно

свести к двум группам. Согласно первой Тагило-Магнитогорская мегазона

представляет собой синклинорную структуру с симметричным строением

крыльев, заложенную на древнем кристаллическом фундаменте, едином с

фундаментом Русской платформы. Тела отдельных вулканических формаций

последовательно наслаиваются друг на друга, распространяясь на всю

ширину мегазоны . Согласно второй группе моделей Тагило-Магнитогорская

мегазона имеет сложное чешуйчато-блоковое строение и представляет

собой агломерат зон, формировавшихся обособленно на меланократовом

фундаменте океанического происхождения и сближенных впоследствии

тектонически. Почти на половину своей ширины она надвинута на

структуры Западно-Уральской мегазоны, под надвигом может находиться

клин древнего кристаллического фундамента. Более обоснованный выбор

какой-либо из существующих моделей глубинного строения Тагило-

Магнитогорской зоны может быть сделан по результатам бурения СГ-4.

2 Цели и задачи СГ-4

Скважина заложена с целью изучения строения земной коры и рудоносных

комплексов внутриконтинентальных подвижных поясов эвгеосинклинального типа

и предусматривает решение следующих задач.

1. Изучение геологического разреза Тагильского прогиба и особенностей его

геотектонического развития.

2. Установление состава, строения, возраста и природы фундамента;

соотношение образований геосинклинального комплекса и фундамента; характер

и степень его переработки геосинклинальным процессом.

3. Исследование глубинных процессов рудообразования, воссоздание моделей

формирования типичных для прогиба месторождений и разработка новых методов

эффективного прогноза и поисков минерального сырья.

4. Получение информации о физических свойствах пород на глубине,

особенностях флюидного режима и природе сейсмических границ; выявление

связи гравитационных, геотермических, геоэлектрических и магнитных полей с

глубинным строением.

5. Выявление положения и морфологии стратиграфических и других границ

раздела вещественных комплексов и структурных этажей.

Перечисленным не исчерпывается многообразие исследовательских

возможностей СГ-4, о чем свидетельствуют опыт Кольской и других

сверхглубоких скважин, а также ознакомление с зарубежными программами

научного бурения. Показателен пример немецкой программы континентального

бурения КТВ, в которой делается акцент на физическую и химическую сторону

геологических явлений, изучение современного состояния земной коры и

современных геологических процессов. Признавая правомочность такого

подхода, целевое назначение-СГ-4 можно определить как фундаментальные

исследования физических в химических условий и процессов в глубинных частях

земной коры для понимания структуры, состава, динамики и эволюции

Уральского подвижного пояса. Обращает внимание более конкретное звучание

ряда научных задач, таких, как исследование глубин проникновения и влияния

циркулирующих в земной коре растворов на образование месторождений

минерального сырья, процессы деформации и конвекции, а также значение воды

для динамических процессов, происходящих в. земной коре; изучение

интенсивности дегазации и вещественного состава мантии Земли и

континентальной части земной коры и др. Все это с поправкой на уральскую

специфику справедливо и для СГ-4.

Необходимо было создать условия для максимальной реализации

познавательных возможностей скважины и сопровождающего ее комплекса работ,

а именно: обеспечение современного (мирового) уровня исследований на самой

скважине; создание адекватной системы комплексных геолого-геофизических

исследований в околоскважинном пространстве; привлечение к исследованиям,

анализу и обобщению результатов наиболее компетентных специалистов;

создание при проведении исследований обстановки гласности и широкого

сотрудничества.

4 Геологический разрез СГ-4

Исследования керна ствола и района заложения скважины проводится

Уральской ГРЭ СГБ НПО «Недра» совместно с организациями соисполнителями

ПГО «Уралгеология», КамНИИКИГС, ИГиГ УрО АН СССР, ИГ УрО АН СССР, ВСЕГЕИ,

ЦНИГРИ, ИГЕМ, ИМГРЭ, ВНИИгео-информсистем, ПГО «Аэрогеология», НПО

«Союзпромгеофизика» и др.

Вскрытый скважиной разрез представлен силурийскими вулканогенными и

вулканогенно-осадочными образованиями, относимыми согласно современной

стратиграфической схеме к именновской свите (S1l3—S2ld).

Общее строение разреза, по результатам выполненной детальной

документации керна, просмотра шлифов, вулкано-фациальных и геохимических

исследований, установлено следующее.

40—430 м — эффузивная толша в основном базальтовых, андезитобазальтовых

лав, в инт. 130—252 м — также ферробазальтов и палеоисландитов;

430—3070 м — монотонная толша грубообломочных и агломерато-грубопесчаных

туфов основного состава типично именновского облика: никак не обработанный

шлаковый и миндалекаменный материал обильнокрупнопорфировых обычно

плагиоклаз-двупироксеновых базальтов и андезитобазальтов, нередко содержит

примесь плагиофировых андезитов и калиевых базальтов и образует пласты и их

серии мощностью 20—70 м, разделенные прослойками песчаных тефроидов, обычно

слабо слоистых; на 1920—1940 м и около 3000 м появляются подводно-морские

флишоиды с темными алевропелитами в верхах ритмов;

3070—3468 м — переслаивание туфов плагиофировых андезитов, местами с

примесью базальтового материала и того же состава песчаных тефроидных

флишоидов; с 3280 м туфы и тефроиды преимущественно более кислые —

андезитодацитовые, часто с обилием витрокластики в виде обрывков и комочков

пемз и перлитов;

3468—5006 м — флишоидное чередование туфов подводных пирокластических

потоков однородно риодацитового состава (также с пемзами, перлитами и

обилием осколков плагиоклаза), в инт. 3850—4297 м чаше всего повторно

перемешенных как подводно-оползневые массы. Сопровождают их резко

подчиненные по объемам более мелкопесчаные в разной степени отсортированные

флишоидные тефроиды того же состава и темные силициты верхов ритмов,

содержащие конодонты граничных слоев лланловери и венлокского ярусов

раннего силура;

5006—5070 м — пачка темных зеленовато-серых силицитов, местами с

обильными остатками радиолярий, в верхней половине — с прослойками кислых

туфов и тефроидов;

5070—5401 м — кабанский комплекс, представленный в инт. 5072—5076 м

темными туфопесчаниками с витрокластикой ос новного состава, переходящими

вверху в алевропелиты и красные яшмоиды; ниже сплошь распространена

краснообломочная сваренная пирокластика афировых преимущественно калиевых

базальтов, исландитов и спилитов, которая перемежается с потоками

неокисленных лав того же (5182—5215 м и др.) и кислого составов

(5265—5312,4 м).

В целом разрез вулканокластической и переходной толщ малоконтрастный,

содержит в разных пропорциях признаки как вулканогенного, так и осадочного

происхождения. Толщина этих пород увеличивается с глубиной. Флишоидная

толща при слабых фациальных отличиях от низов переходной резко отличается

более кислым составом обломочного материала.

При сопоставлении вскрытого разреза с проектным установлено превышение

мощности отложений в 1,5 раза. В результате бурения возникли вопросы,

касающиеся геометрии, пространственных и генетических взаимоотношений

слагающих верхнюю часть прогиба комплексов. Решение их возможно при

дальнейшем углублении СГ-4 и выполнении целенаправленных исследований в

околоскважинном пространстве, включая бурение вспомогательных структурных

скважин.

При проведении циклического анализа в пределах вскрытого скважиной

разреза выделено пять мегаритмов, границы которых совпадают или близки к

границам отмеченных толщ и под-толщ на глубинах 3487 м, 2640 м, 1919 м и

430 м и характеризуются резким изменением литологии пород.

Нижний мегаритм 3487—4064 м соответствует флишоидной толще и является

вулканогенно-осадочным. В разрезе полностью не вскрыт. Он сформировался в

условиях слабой вулканической активности. В нем преобладают удаленные

мелкообломочные фации андезидацитового состава, широко развиты

тонкослоистые алевролитовые и алевропсаммитовые разности осадочных пород,

доля которых к верхам мегаритма возрастает до 80—90 %. Чередование

тонкослоистых прослоев, характеризующихся маломощной (0,01— 0,5 м)

двухчленной, реже трехчленной ритмикой со слабо дифференцированными

гравийными, образует контрастные мезоритмы мощностью от 10 до 75 м.

Мегаритм 2640—3487 м, условно относимый к вулканогенно-осадочному типу,

характеризуется тем, что на фоне мелкой ритмичности (от долей до 5 м)

мелкопсефито-псаммитовых разностей проявлены контрастные гетерообломочные

ритмы мощностью от 2—3 до 15—20 м, где крупнопсефитовые и агломератовые

обломки изолированно погружены в псаммитовый субстрат. Периодически

повторяющиеся интервалы развития алевропелитовых разностей позволяют

выделить ряд мезорит-мов с границами на 3986 м, 3332 м, 3276 м, 3160 м,

3083 м и 2986 м. Отмеченные особенности мегаритма, вероятно, обусловлены

неравномерными проявлениями вулканической активности и грязекаменных

потоков.

Три верхних мегаритма (1919— 2540 м, 430—1919 м, 0—430 м)

вулканогенные, частью оеадочно-вулканогенные. Они сформировались в

результате нескольких вспышек вулканической деятельности с общей тенденцией

к ее нарастанию.

Строение первых двух в общих чертах близкое. В их основании ритмичность

относительно мелкая, с мощностью преобладающих элементарных ритмов 2—3 м. В

центральных частях мегаритмов выделяются крупные ритмы мощностью до 10—30 м

и более. Доля грубообломочного материала вырастает здесь до 70—90 %. В

верхних; частях снова отмечена мелкая ритмичность (от 0,1—0,2 м до 2—3 м).

В составе ритмов увеличивается доля сортированного вулканогенного

материала, а в некоторых из них в интервале 1919—2007 м появляются прослои

кремнистых алевропелитовых пород мощностью 0,2—5 см.

Верхний—эффузивный мегаритм (О—430 м) сформировался в результате

нескольких импульсов вулканической деятельности с короткими перерывами

между ними (88—105 м). Нижняя часть мегаритма сложена обильно-порфировыми

пироксен-плагиофировыми базальтами, в средней (120— 262 м)—залегают

подушечные лавы афировых андезибазальтов-базальтов, а в

верхах—плагиофировые андезибазальты.

В фациальном отношении в развитых по всему разрезу отложениях

отмечаются подводные условия образования, на отдельных глубинах

отличающиеся характером вулканизма и удаленностью зон аккумуляции

вулканического материала от береговой линии, что выражается различиями его

гранулометрического и вещественного состава, а также разной степенью

перемыва и сортировки. В целом, по-видимому, господствовала обстановка

островных вулканов с преобладанием фации субаквальных пирокластических. и

подводных гравитационных грязекаменных потоков. При этом нижняя часть

разреза на интервале развития алевритистых, песчаных и гравийныу ритмов

флишоидной толщи отвечает наиболее глубоководной, удаленной от

вулканических построек области. Выше по разрезу преобладают мелководные

склоновые фации вплоть до субаэральных, регистрируемых горизонтами с

красноцветными гематизированными обломками.

.

Геологический разрез СГ-4

[pic]

Рис. 4. Геологический разрез СГ-4, составлен в Уральской экспедиции

сверхглубокого бурения ГНПП «Недра»:

1 — базальты плагиофировые, пироксен-плагиофировые (а), андезитобазальты

(о); 2 — андезиты (а), дациты, риодациты (б); 3 — туфы глыбовые (а),

агломератовые (б), крупнопсефитовые (в), мелкопсефитовые (г),

кристаллолитотуфы (е), 4— туффиты агломератовые (а), крупнопсефитовые (б),

мелкопсефитовые (в), псаммитовые (г); 5— тефроиды мелкопсефитовые (а),

псаммитовые (б); 6— туфоконгло-мераты, туфопесчаники; 7 — туфогравелиты,

туфопесчаники; 8 — туфопесчаники, туфоалевропесчаники; 9 — туфопесчаники,

туфоалевролиты; 10— песчаники, алевропесчаники, алевролиты; 11— кремнистые,

углисто-кремнистые алевролиты, алевропелиты; 12 — диориты (а), кварцевые

диориты (б); 13 — внемасштабный знак даек основного (а) и среднего (б)

составов; 14 — тектонические нарушения: сбросы, взбросы (в),

малоамплитудные надвиги (б); 15— границы геологических тел (а), толщ и

подтолщ (б), пачек (в)

3 . Прогнозные модели Уральской СГ-4

Среди уральских исследователей, в т. ч. имеющих отношение к СГ-4, еще

сильны позиции сторонников классической (фиксистской) геологии,

рассматривающие регион как достаточно фиксированную полициклическую

геосинклинальную систему с интенсивным развитием магмо- и рудоподводящих

глубинных разломов и повторяемостью в каждом цикле однотипных геологических

и рудных формаций .

Согласно альтернативной, мобилистской концепции Урал представляет собой

сложное покровно-складчатое сооружение, состоящее из разнородных

аллохтонных пластин, образованных путем крупных горизонтальных перемещений

геологических масс. Эти представления вносят существенные коррективы в

схему металлогенического развития региона, дают новое толкование природе и

перспективам его рудоносности

Отметим, что деление геотектонических позиций на фиксистские и

мобилистские в какой-то мере условное и не отражает всего разнообразия

представлений о месте заложения, движущих силах и истории развития

Уральской эвгеосинклинали. В последнее время наблюдается тенденция в

сближении позиций, что выражается в признании представителями фиксистского

направления ограниченного спрединга с возникновением раздвигов, обнажающих

симатическую кору.

Благодаря тесному сотрудничеству большой группы исследователей удалось

сформировать комплект из 11 моделей, отражающих практически весь спектр

существующих прогнозных представлений о глубинном строении района бурения

(рис. 2). Не имея возможности подробно охарактеризовать все модели,

остановимся на наиболее существенных и принципиально отличающихся.

В. С. Дружининым составлены основополагающие сейсмические и геолого-

геофизические разрезы и дан вариант прогнозной модели, основными элементами

которой являются структурно-вещественные комплексы, физическая

характеристика, положение в разрезе сейсмических границ, возможная их

природа. Согласно этой модели СГ-4 должен вскрыть полный разрез уралид

мощностью примерно 11 км, пройти около 4 км по рифейским образованиям и в

интервале 14—14,5 км войти в образования древнего комплекса основания

предположительно архейско-протерозойского возраста. При этом в составе

уралид выделяются четыре комплекса, среди которых наиболее интересным и

неясным будет комплекс пород на глубине 7—9 км. В целом геологическая

привязка всех выделяемых комплексов и их литологический состав в

значительной мере условные. Это попытка спроецировать на разрез по скважине

поверхностные образования, развитые к западу от нее.

По Ю. С. Каретину (рис. 3, а) Тагильский прогиб представляет целостную

грабенообразную структуру с плоским днищем и четко выраженными бортами.

Развита сложная система листрических сбросов растяжения, большей частью

трансформированных в малоамплитудные надвиги. Фиксистское существо модели

автор обосновывает тем, что амплитуды смещений относительно малы и не

нарушают существенным образом первичную троговую синседиментационную

структуру растяжений. Расположенные к западу от СГ-4 интрузии

Платиноносного пояса рассматриваются в виде несмещенной магмоподводящей

зоны, субвертикально уходящей на глубины свыше 50 км и не пересекающейся

скважиной. По выражению автора, эти интрузии «сшивают» весь разрез.

В. Н. Пучков при построении своей мобилистской модели (см. рис. 3, б)

исходит из результатов геологических исследований в зоне сочленения

Тагильской и Центральноуральской зон севернее района бурения, где

устанавливается залегание пород Тагильского комплекса в виде тектонического

покрова регионального значения . Используя изменение положения с глубиной

отражающих площадок (по данным MOB и ГСЗ) с глубиной, автор модели

предполагает соответствующее выполаживание поверхностей тектонического

срыва на глубине и прогнозирует их подсечение сверхглубокой скважиной.

Одновременно предполагается возможность повторения в разрезе отложений с

глубины 7 км, имеющих более молодой возраст, чем вышележащие, в пользу

чего, по мнению. В. Н. Пучкова, свидетельствует установленная ГСЗ

неоднократная инверсия скоростей на глубинах 7—17 км. На вопрос о том,

какие комплексы тектонически совмещаются в предполагаемом разрезе СГ-4,

автор не дает однозначный ответ. В качестве возможного состава наиболее

интересной малоплотной пластины на глубине 7—9 км высказаны следующие

варианты: вулканогенно-осадочные отложения верхнего силура—девона

Тагильской зоны; плагиограниты, плагиогнейсы (плагио-мигматиты);

серпентинитовый меланж, сближенные зоны рассланцевания; ордовикско-

девонские существенно терригенные отложения континентального подножия.

Пластина, расположенная на глубине 9—11 км, наиболее вероятно, принадлежит

меланократовому фундаменту (габбро, амфиболиты, ги-пербазиты), первично

подстилавшему вулканогенные комплексы Тагильской зоны. На глубине 11 км и

ниже ожидается вскрытие метаморфических, принадлежащих фундаменту

утоньшенного, частично разрушенного при рифтогенезе края Восточно-

Европейского континента — переходной зоны oт континентальной коры к

океанической. Не исключено, что на глубине 11-15 км повторяетя

тектонический разрез палеозойских эвгеосинклинальных толщ и их

меланократового основания.

В модели С. Т. Агеевой, А. Г. Волчкова и П. С. Ревякина (ЦНИГРИ) под

Тагильской эвгеосинклиналью предполагается куполовидное поднятие гранулит-

базитового слоя, свод которого расположен на глубине около 12— 13 км. Выше

должны залегать слабо вскрытые на поверхности отложения океанической коры,

в основании которых залегает мощный офиолитовый комплекс, инъецированный

крупными телами гипербазитов.

В. И. Сегалович (КамНИИКИГС) составил два крайне мобилистских варианта

модели, исходя из гипотезы обширного, протяженностью в сотни километров,

тектонического перекрытия окраины Восточно-Европейского континента

покровами, состоящими из продуктов спрединга окраинных и междуговых

бассейнов, а также островодужных вулканитов. Согласно этой модели, СГ-4 до

глубины 6 км вскроет вулканогенно-осадочные комплексы верхней части

Тагильского прогиба, далее пересечет интрузивные образования Платиноносного

пояса, метаба-зиты низов лландовери, мощную (порядка 3 км) пластину

ультрабазитов, и, наконец, после 14 км войдет в отложения верхнего девона —

нижнего карбона Восточно-Европейской плиты. Согласно другому варианту, СГ-4

пересечет весь разрез аллохтонной части прогиба, называемой автором

«Тагильским пакетом покровов», и, возможно, достигнет подстилающей кровли

Улсовско-Висимской зоны поддвига (Оз— D2 ).

Н. Г. Берлянд (ВСЕГЕИ) отдает предпочтение существенно габброидному

варианту разреза, согласно которому в интервале 7—14 км предполагается

вскрыть габброиды, сопоставимые с арбатским комплексом, выходящим на

поверхность западнее СГ-4.

По К. П. Плюснину (ПГО «Уралгеология»), Тагильский прогиб является

сложным образованием, которое формировалось на одних стадиях как грабен, а

на других—как рамповая структура. В предложенной им модели большая роль

отводится разновозрастным тектоническим нарушениям, разбивающим исследуемую

часть прогиба на многочисленные блоки, что усложняет увязку вскрываемого

скважиной разреза с поверхностными структурами и требует проведения

систематических структурно-тектонических исследований.

В рифтогенной модели Л. И. Десятниченко (ПГО «Уралгеология»)

формирование эвгеосинклинального прогиба связано с интенсивным растяжением

земной коры вдоль глубинного разлома, сопровождающимся постепенным

заполнением формирующейся структуры раннегеосинклинальными образованиями

боткой фундамента. В последующие этапы переработке подвергаются и ранние

офиолитовые комплексы. Таким образом, под прогибом сохраняются лишь

переработанные фрагменты допалеозойских комплексов, и перед скважиной стоит

нелегкая задача идентификации агломерата гетерогенных образований.

Несмотря на то что практически все модели базируются, по существу, на

одной и той же геофизической информации, в совокупности они выявляют

разноречивость представлений о глубинном строении Урала. Исключая самую

верхнюю часть прогиба, модели противоречат по всем более или менее

существенным компонентам прогнозируемого разреза: его непрерывности или

тектонической разобщенности, возможности пересечения скважиной тел

габброидов и ультрабазитов, глубине и составу основания прогиба,

перспективам вскрытия рудоносных комплексов, природе слоев, инверсии

скоростей и др.

Можно сделать вывод ,что указанная разноречивость объективно и наглядно

отражает не только состояние глубинных геолого-геофизических исследований

на Урале, но и, в какой-то мере, всей геологии в целом. Нетрудно понять

жизненную необходимость сверхглубокого бурения, поскольку только прямое

проникновение в недра способно обеспечить теоретическую геологию и

прикладные металлогенетические исследования фундаментальной

фактографической основой, существенно освободив их от всякого рода

условностей и фантазий.

Первоначально намеченную проектную глубину СГ-4— 15 км следует

считать достаточно обоснованной. При этом скважиной должны пересекаться

основные структурно-вещественные комплексы Тагильского прогиба, включая

меланократовые образования нижней части разреза, и достигнуто надежное

вскрытие фундамента с глубиной врезки до 1,5 км. По наиболее оптимистичным

прогнозам (Ю. С. Каретин, В. С. Орлов), предполагающим относительно менее

глубокое залегание фундамента прогиба, минимально необходимая глубина

скважины может доставить 12—13 км. С учетом этого глубину 12 км можно

определить как оптимальный рубеж, по достижении которого целесообразно

рассмотреть вопрос о конечной глубине бурения скважины.

Прогнозные модели верхней части земной коры района Уральской СГ-

4 ( с упрощениями авторов)

[pic]

Рис.3

а — фиксистская (геосинклинально-троговая), по Ю. С. Каретину, 1988;

б—мобилистская, по В.Н.Пучкову, 1988 .

I — протоофиолитовая ассоциация, 2 — гранулито-базитовый комплекс архея, 3

— геофизический базальтовый слой, 4 — меланократовый фундамент; типы

разрезов: I — Лемванский, II—Тагильский

5. Петрографическая характеристика горных пород

Эффузивные породы. Базальты и андезибазальты. Среди эффузивных пород

лавовой фации могут быть выделены четыре разновидности, слагающие

обособленные пачки.

Породы верхних трех пачек — андезибазальты — различаются количеством,

размером и составом вкрапленников. В верхней пачке они имеют размеры в доли

миллиметра, составляют до 5 % объема породы и представлены

альбитизированным плагиоклазом и клинопироксеном. Породы второй сверху

пачки преимущественно афировые, третьей — содержат от 20 до 50 % крупных

(до 4 мм) вкрапленников плагиоклаза, иногда образующих сростки, и единичные

более мелкие вкрапленники клинопироксена и ортопироксена , замещенные

хлоритом.

Основная масса андезибазальтов состоит из микролитов

альбитизированного плагиоклаза, расположенных беспорядочно (участками

субпараллельно) или собранных в сноповидные срастания, зерен

клинопироксена, пылевидных выделений и скелетных кристаллов рудного

минерала (магнетита—титаномагнетита) и продуктов изменения стекловатого

мезостазиса — хлорита, эпидота, пренита. Для афировых андезибазальтов

характерны обильные (до30 % объема породы) миндалины, в других

разновидностях они единичны.

Базальты, слагающие четвертую сверху пачку, содержат вкрапленники

плагиоклаза, клинопироксена и ортопироксена (псевдоморфозы хлорита и

карбоната), составляющие от 20 до 50 % объема породы. Основная масса на

30—70 % состоит из микролитов плагиоклаза, в промежутках между которыми

располагаются зерна клинопироксена и хлоритизированное и

соссюритизированное стекло. Пылевидные выделения и мелкие кристаллы рудного

минерала обычно приурочены к псевдоморфозампо ортопироксену. Миндалины,

достигающие 2,5 см в поперечнике, редки.

Во всех разновидностях эффузивов в качестве вторичных минералов,

слагающих миндалины, неправильные гнезда и жилки, встречаются хлорит,

пренит, пумпеллиит, эпидот, кальцит, кварц, опал, альбит. Судя по высокой

степени сохранности структуры пород и первичных минералов (клинопироксена,

магнетита), а также составу и количеству вторичных минералов,метаморфизм

пород соответствует пренитпумпеллитовой фации .

Вулканогенно-обломочные породы. Наиболее распространенный тип

вулканогенно-обломочных пород (особенно до глубины 3 км) — тефроиды. Глубже

1870 м значительную роль играют вулканогенно-осадочные породы: туффиты

различной размерности, туфопесчаники и туфоалевролиты. Туфы выделяются в

виде маломощных слоев среди тефроидов по наличию мелких осколков стекла

рогульчатых и серповидных форм, а также обломков со следами закалки,

болееразнообразной степени окатанности обломков (от угловатой до

среднеокатанной).

Тефроиды в основном кристаллолитокластические или литокластические,

реже литовитрокластические и кристалловитролитокластические, среди туфов

встречены и кристаллокластические разности. Цемент гидрохимический, поровый

или соприкосновения, редко порово-базальный и базальный; состоит из

пренита, карбоната, хлорита, пумпеллиита, эпидота, цоизита, кварца, бурого

глинистого вещества, иногда гематитизирован. Тефроиды и туфы имеют

однообразный базальт-андезибазальтовый состав обломков, лишь ниже 3683 м

резко возрастает роль кислой кластики.

По степени метаморфизма обломки и цемент не отличаются от эффузивных

пород верхней пачки. В вулканогенно-обломочных породах по сравнению с

эффузивными среди новообразованных минералов в интервале до глубины 3000 м

несколько возрастает (>10 %) роль пумпеллиита и эпидота, а глубже 3000 м —

кальцита и кварца. Во всех породах литокластов клинопироксен обычно свежий,

плагиоклаз представлен альбитом, часто сопровождающимся продуктами

деанортизации, ортопироксен и оливин присутствуют в виде полных

псевдоморфоз хлорита, эпидота, кальцита, халцедона.

Среди базальтов и андезибазальтов могут быть выделены разновидности со

следующими парагенезами вкрапленников: СРх—PI; PI; OI—OPx—CPx—PI, PI—СРх (с

преобладанием последнего), СРх. Породы различаются также размером

вкрапленников, их количеством, структурой и составом основной массы,

наличием миндалин.

Клинопироксен-плагиофировые андезибазальты и базальты содержат

вкрапленники размером от долей до 1—2 мм, среди них плагиоклаз составляет

от 5—10 до 25 %, клинопироксен — до 3—5 % объема породы. Встречаются

разновидности с сериально-порфировой структурой, максимальным размером

вкрапленников до 5—б мм и количеством вкрапленников плагиоклаза до 20—25,

клинопироксена — до 10—15 %. Иногда оба типа вкрапленников образуют

гломеры. Структура основной массы пород чаще гиалопилитовая или гиалиновая,

реже интерсертальная; иногда отмечается флуктуационная текстура.

Плагиофировые андезибазальты из различных обломков несколько

различаются по структуре, количеству миндалин. Встречаются разности с

порфировой, гломеропорфировой (часто с вкрапленниками плагиоклаза двух

генераций), сериально-порфировой структурой. Количество вкрапленников от

единичных до 40—45 % объема породы, размеры их — доли миллиметра, реже до

2,5 мм. Некоторые вкрапленники содержат включения стекла, замещенного

хлоритом. Структура основной массы — от гиалиновой до гиалопилитовой,

иногда интерсертальная с участками пилотакситовой, спилитовидной, в

отдельных случаях скрытокристаллическая.

В оливин-ортопироксен, клинопироксен-плагиофировых базальтах

вкрапленники плагиокла размером до 1х2 мм составляют 20—30 % объема породы,

клинопироксена — 2—15 %. Наряду с ними в породах присутствуют псевдоморфозы

по вкрапленникам других темноцветных минералов (до 5—7 %), сложенные

хлоритом, участками эпидотом, кальцитом и халцедоном, часто содержащие

включения зерен рудного минерала. Судя по характерным формам, псевдоморфозы

принадлежат к ортопироксену. Присутствие в этой группе пород нормативного

оливина позволяет допустить, что отчасти псевдоморфозы являются

апооливиновыми, хотя типичные для этого минерала формы не обнаружены. В

инт. 2700—2900 м. встречены разновидности, в которых во вкрапленниках

присутствует и амфибол (2—3 %). Породы имеют интерсертальную,

гиалопилитовую, гиалиновую структуру основной массы.

Плагиоклинопироксенофировые базальты обнаружены в единичных шлифах на

различных глубинах. Во вкрапленниках, составляющих в целом от 7—8 до 40—45

% объема породы, клинопироксен заметно преобладает над плагиоклазом, часто

имеет более крупные размеры. В отдельных шлифах присутствуют также редкие

псевдоморфозы по ортопироксену . Основная масса породы — гиалиновая,

представляет собой мелкозернистое хлоритизированное стекло с флуктуационной

текстурой, определяющейся субпараллельной ориентировкой сплющенных миндалин

и игольчатых микролитов плагиоклаза.

Клинопироксенофировые базальты (шл. 19125) присутствуют в обломках

размером 1—5 мм. Вкрапленники клинопироксена (до 0,8х0,6 мм), часто

образующие сростки, составляют 15—25 % объема породы, основная масса имеет

гиалиновую, иногда переходную к гиалопилитовой структуру.

Во всех порфировых базальтах и андезибазальтах литокластов основная

масса состоит в основном из разложенного стекла, в которое заключены

микролиты плагиоклаза (размером до 0,1 мм), клинопироксена (до 0,05 мм) и

тонкая пыль рудного минерала. Характерные вторичные минералы мезостазиса —

хлорит, в меньшей мере пренит, пумпеллиит, эпидот. Эти же минералы наряду с

карбонатом и халцедоном слагают миндалины, составляющие обычно 5—10, редко

до 30—40 % объема пород.

Наряду с порфировыми базальтами и андезибазальтами в литокластах

встречаются и их афировые разновидности с гиалиновой, гиалопилитовой,

спилитовидной, а также пилотакситовой и интерсертальной структурой. (Не

исключено, что часть их представляет собой участки основной массы

порфировых пород.)

Более салические, чем андезибазальты, породы имеют в составе

литокластики подчиненное распространение.

Среди андезитов есть плагиофировые и клинопироксен-плагиофировые

разновидности; структура основной массы в основном гиало-пилитовая, реже

пилотакситовая.

Обломки кислых пород — плагиофировых и кварц-плагиофировых

андезидацитов, дацитов, реже риодацитов — постоянно встречаются глубже 3500

м. Их не всегда удается отличить от встречающихся в этом интервале

гидротермально-метасоматически измененных пород. Они содержат

микровкрапленники плагиоклаза (до 5—7 %) и кварца (до 3—5 %) или только

плагиоклаза, а также иногда клинопироксена (большей частью псевдоморфозы по

нему). Вкрапленники кварца часто оплавлены, иногда имеют «изъеденные»

края, содержат включения хлорита и карбоната. Основная масса обычно

представлена агрегатом кварца и альбита микрофельзитовой, фельзитовой,

микролитозернистой, иногда с элементами пойкилобластовой структуры,

содержит серицит, сфенлейкоксен, эпидот, рудный минерал, карбонат, апатит.

Наряду с описанными типами литокластов постоянными элементами

тефроидов и туфов являются витрокласты и кристаллокластический материал.

Стекловатые породы лавового облика периодически встречаются в обломках

в интервале 445—3350 м. Присутствуют как практически нераскристаллизованные

разновидности, представленные хлоритизированным, часто

пумпеллиитизированным или пренитизированным стеклом, так и с небольшим

количеством микролитов, реже вкрапленников измененного плагиоклаза.

Выделяются стекловатые породы с флюидальностью (обусловленой

субпараллельной ориентировкой вытянутых миндалин) и без нее (с миндалинами

изометричной формы). Разнообразно выполнение пустот и пузырьков (хлорит,

мозаичный кварц, халцедон, пренит).

Кристаллокласты встречаются в туфах и тефроидах повсеместно, иногда

образуя самостоятельные слои в верхних частях ритмов. Кристаллокласты

принадлежат к плагиоклазу и клинопироксену, размер их до 5—6 мм. Часто они

имеют правильные кристаллографические формы, ненарушенную зональность и

представляют собой, по-видимому, практически не подвергшийся обработке

пирокластический материал. Встречены также кристаллы со сглаженными

формами, резорбированные. Ниже глубины 3625 м (особенно в интервале

3720—3825 м) в кристаллокластах появляются обломки кварца до 5 мм в

поперечнике с включениями хлоритизированного стекла каплевидной формы.

Туфоалевролиты, туфопесчаники, туффиты. Слоистые туфоалевролиты,

туфопесчаники и туффиты алевритовой размерности встречены в керне скважины

СГ-4 преимущественно на трех уровнях: в интервалах глубин 74,7 м—127 м, в

Страницы: 1, 2