Применение результатов изучения тектонических напряжений в рудной геологии Сим

РАН

Приполярном Урале производилась спецгеологическая съемка м-ба 1:200 000 объединением «Аэрогеология»

для уточнения условий формирования месторождений горного хрусталя.

Тектонофизический отряд МГУ (отв. исполнитель Сим Л.А) производил изучение разломной тектоники и тектонических напряжений.

Н.Ю. Васильев и О.А.Каплин изучали напряженно-деформированное состояние Райизского хромитоносного поля; Л.А.Сим также изучала тектонические напряжения на Рай-Изе. Совместные результаты исследований будут обсуждаться после особенностей взаимосвязи тектонических напряжений и хрусталеносности Приполярного Урала.

Лютоевым, 2007)
1 — ордовикские отложения: кварцито-песчаники, кварцевые конгломераты, серицит-хлорит-кварцевые сланцы,

известняки (обеизская, саледская, кожимская свиты); 2 — рифей-вендские отложения: серицит-хлорит-кварцевые, серицит-кварцевые сланцы, прослои и линзы мраморов, кварцитов, кварцевых конгломератов, кислые и основные эффузивы (маньхобеинская, пуйвинская, хобеинская, мороинская, саблегорская свиты); 3 — кристаллические сланцы и гнейсы няртинского комплекса;
4 — риолиты; 5 — гранитоиды; 6 —гранодиориты; 7 — габбро, габбро-5диабазы; 8 — тектонические нарушения;
9 — основные месторождения жильного кварца и горного хрусталя; 10 — контуры развития слабопрозрачного гиганто-зернистого кварца; 11-12 — площади развития кварца: 11- высокопрозрачного (стекловидного) гигантозернистого, 12 —гранулированного кварца; 13 — граница западного и восточного склонов Приполярного Урала

нами вся провинция была разделена на 3 части с условными

названиями: Пелингичейский блок (I) – наиболее насыщенная месторождениями и проявлениями горного хрусталя, Омега-Шорский на юге района(II) и Западно-Саледский (III) без месторождений. ии

О хрусталеносности Приполярного Урала

О.И.Гущенко (1973, 1979).

Согласно этому методу (графический вариант) по

векторам перемещений, измеренных на зеркалах скольжения на плоскостях любого генезиса (трещины, плоскости напластования, прототектонические трещины и т.д.) восстанавливаются оси главных нормальных напряжений по строго определенным правилам.

трехосное напряженное состояние (чистый сдвиг), Г- ВВНС

1 – вектора

перемещений на зеркалах скольжения , совпадающие с дугами больших кругов, расходящихся:
а – от оси растяжения, б – от оси сжатия; в – находящиеся в створе острого угла между дугами больших кругов, расходящихся от осей сжатия и растяжения; 2 – оси главных нормальных напряжений: а – растяжения, б –промежуточная, в – сжатия; 3 – плоскости действия максимальных касательных напряжений: а – полюс , б,в – кинематические типы (простирания плоскостей, вынесены за пределы круга):
Б – взбросы, в – сдвиги.

Локальные стресс-состояния-ЛСС
(Пелингичейский блок, Приполярный Урал)

ориентировки главных напряжений и вид напряженного состояния.
Б, В, Г, Д

– обстановка одноосного сжатия;
Ж, З – обстановка одноосного растяжения;
Е – трехосное напряженное состояние;
А – ВВНС - Вариация вида напряженного состояния.

С.С. Цюцкому, 1984): 1 — кварциты; 2 — измененные кварциты;

3 —
Кварцево-жильный узел; 4 — внутрижильные хрусталеносные полости; 5 — хрусталеносная полостная зона; 6 — серицитолиты

– рудоподводящий, I ранга, 4,5 – рудоконтролирующие II и III

рангов разломы. 6 – Кварцевые жилы.7– Гнезда горного хрусталя. 8 - Точки наблюдения. 9-11 – Проекция осей главных нормальных напряжений в точках наблюдения. 12- Оси главных нормальных напряжений на стереограммах: σ1 -растяжения, σ2 - промежуточная, σ3 - сжатия. 13 – Дуги больших кругов, расходящиеся от осей σ1 и σ3.14 – Вектора перемещений, совпадающие с дугами больших кругов, расходящихся от оси сжатия σ3 и растяжения σ1 с. 15 – вектора перемещения, попадающие в створ острого угла или противоречащие найденным осям главных нормальных напряжений.

Разрыв (3 и 4), нормальный к оси растяжения, обеспечил формирование

мощной жилы по разлому СВ простирания.
IIа – Мощная кварцевая жила, нормальная к оси растяжения, содержит кристаллы горного хрусталя.

IIа´ – в соседней точке наблюдения с близкими ориентировками осей ЛСС нет кристаллов горного хрусталя.

блок.
1 – оси сжатия (а), растяжения (б) и промежуточная

(в) и плоскости их действия τmax ; 2 – оси ЛСС : а – сжатия, б – растяжения; 3 – плоскости действия максимальных касательных напряжений : а- полюс, б-г – простирания и их кинематические типы: б – сбросы, в – взбросы, г – сдвиги; 4 – полюса плоскостей кварцевых жил: а – сгнездами, б – без гнезд горного хрусталя; 5 – изолинии плотности осей сжатия ЛСС.

1- В конусе растяжения сконцентрированы кваревые жилы с гнездами горного хрусталя (А) и оси растяжения ЛСС (Б, В). Разброс осей сжатия ЛСС по всей стереограмме и концентрация осей растяжения в конусе растяжения – свидетельства одноосного растяжения в блоках.

в процессе геологического развития хрусталеносных провинций определенную пространственно-временную позицию: во

временном отношении соответствует завершающим этапам проявления эндогенной активности соответствующих блоков земной коры; в пространственном отношении области максимального развития хрусталеносной минерализации унаследуют положение геологических структур, в которых наиболее активно проявлялись разновозрастные эндогенные процессы (Козлов А.В., 1998)
1). Возраст восстановленных тектонических напряжений локальных и общих тектонических напряжений приурочен к завершающим этапам герцинского тектогенеза на Приполярном Урале (поздняя пермь).
2). Локальные стресс состояния с ВВНС благоприятны для формирования кристаллов горного хрусталя, т.к. обеспечивают неоднократное раскрытие трещин и подток флюидов.
3). Крупные блоки земной коры на Приполярном Урале, деформирующиеся в обстановке одноосного растяжения, благоприятны для формирования как мощных кварцевых жил, представляющих промышленный интерес, так и для образования кристаллов горного хрусталя.

образование кварц-диккит-киноварного типа. В региональном плане месторождение приурочено к глобальной

системе дислокаций в Земной коре - "линеаменту Карпинского". Добыча ртути в "Никитовке" началась в 1886 году. Геологическими исследованиями более 20 лет руководил А.А.Шепелев, который отметил важную роль структурного фактора в локализации оруденения. При этом существенную роль играли трещины, наиболее крупная из которых "Секущая" рассматривалась как рудоконтролирующий элемент структуры. В 1991-1992 гг., Никитовский ртутный комбинат был объявлен банкротом, а затем распродан по частям. Но проведенная в последние годы инвентаризация месторождений Донбасса показала наличие большого количества перспективных рудных пластов и солидные запасы ртути. По мнению большинство специалистов, при наличии инвестиций возродить добычу киновари и производство ртути на этом уникальном месторождении вполне реально. В 1995 году исполнилось 110 лет с начала промышленного освоения ртутных руд Никитовской группы месторождений в Донбассе. Этот юбилей, к сожалению, совпал с остановкой эксплуатационных работ Никитовского ртутного рудника. В его истории это не первый случай, когда по тем или иным причинам останавливались горные работы. Остаётся надеяться, что со временем добыча далеко ещё не исчерпанных руд на Никитовке будет возобновлена. И тогда, попутно с добычей ртути, вновь появятся на рынке замечательные и по-своему уникальные коллекционные образцы.

Корчемагин В.А.-
профессор Донецкого технического государственного университета (ДТГУ) , защитил

на ученом совете ИФЗ РАН в 1982г. докторскую диссертацию на тему: «Геологическая структура и поля напряжений в связи с эволюцией эндогенных режимов Донбасса». Много лет руководит тектонофизической школой в ДТГУ. Под его руководством молодые тектонофизики защитили кандидатские диссертации, неоднократно выступали на тектонофизических школах, организованных лаб. тектонофизики им. М.В.Гзовского в ИФЗ им. О.Ю.Шмидта РАН.

к сводовой части Главной антиклинали Донбасса, которая представляет собой крупную

складку, сложенную угленосной толщей карбона. Она ограничена с обеих сторон продольными, несогласно падающими разломами, наклоненными к ядру антиклинали под углами 50-70 градусов. Это сдвиги с незначительной вертикальной компонентой перемещений.

Следует обратить внимание на ориентировку осей главных нормальных напряжений в тылу сдвига и во фронтальной части – полная аналогия с данными моделирования.

трещиноватости вдоль продольных разрывов. На месторождении определено около 200 ЛСС.
Поля

напряжений Никитовского рудного поля

1 –Рудовмещающие песчаники; 3 –уголь; 3 – тектонические нарушения; 4 – контуры рудного тела; 5 –пункты реконструкций ЛСС (в числителе номер, в знаменателе – значение коэф. µ); 6 – борозды скольжения: с известным (а) и неопределенным (б) знаком смещения; 7 –оси главных нормальных напряжений: а - 3 («сжатия»), б - 1 - «растяжения»; 8 – траектории осей: а - 3, б - 1. 146, 151 - µ= -1, 149- µ = -0,5; 162- µ= -1+0;

В рудных участках – максимальный диапазон изменений от +1 до -1 (ВВНС)

Главному Уральскому глубинному разлому, вдоль которого проходит граница коры континентального

и океанического типа по простиранию всего Урала.
Массив сложен породами дунит-гарцбургитовой формации. Ограниченно: габро, пироксениты, верлиты.
Хромитовое оруденение – на юге массива – длина полосы 15 км от западного до восточного контакта, ширина – 5-6 км.
Богатые руды – крупно- и средне-зернистые, образуют линзы и жилы, контакты резкие, прямолинейные, дизъюнктивная природа рудовмещающих полостей.
Бедные руды - мелко-зернистые, редко вкрапленные, границы «струйчато-полосчатых» зон нечеткие.
Сложное многофазное становление ультрамафитов, наличие нескольких планов пород, различие в условиях локализации двух типов руд, развитие блоковой тектоники и другие факторы указывают на значительную роль процессов деформирования массива в возникновении богатых руд.
Разрывы являются границами блоков разных размеров. Условно выделяются два этапа их развития:
1-й – формирование ослабленных поверхностей различного генезиса – контракционная трещиноватость, тектонические трещины отрыва и скола;
2-й этап – продолжается формирование тектонических трещин с перемещениями как по ним, так по более ранним, фиксируются в виде борозды скольжения.

векторов главных нормальных напряжений в Райизском рудном поле
1-Четвертичные образования; 2-3

– гарцбургиты: 2-массивные, 3-директивные; 5-6-дуниты: 5 -крупно-гигантозернистые, 6 – мелкозернистые; 7 – оливин-антигоритовые породы; 8-серпентиниты; 9- пироксениты; 10- энстатиты; 11-верлиты; 12-амфиболиты; 13-габбро. 15- разломы, 16 – разломы, делящие однородноосные блоки рудного поля: а)Полойшорский, б)Енганский; 17-18 – элементы залегания: 17 – полосчатости ультрамафитов,18-сланцеватости; 19–20 - ориентация векторов главных нормальных напряжений: а)сжатия, б) растяжения-19- в рудном поле, 20 – в крыльях Визувшорского разлома; длины векторов обратно пропорциональны величинам углов их погружения.

–1 этап, б – 2 этап), в – в висячем

крыле Визувшорского разлома. Точками обозначены вектора, дугами – плоскости. Сетка Вульфа, верхняя полусфера.
1-3 – оси главных нормальных напряжений: 1- растяжения, 2 – промежуточная, 3 – сжатия; 4-6 – плоскости действия: 4 – растяжения, 5 – сжатия, 6 – промежуточной; - полюс плоскостей действия максимальных касательных напряжений; 8 – вектор перемещения на зеркале скольжения; 9-10 – оси растяжения (9) и сжатия (10) локального уровня (на стереограмме «б»); 11 – простирания плоскостей действия максимальных касательных напряжений и направление подвижки.

1- этап – режим горизонтального сжатия с вертикальной осью растяжения. Восстановлен по всем трещинам массива. Три максимума не дают однозначного положения оси сжатия. Этот этап сопровождался образованием контракционной трещиноватости.
2-й этап – Ось растяжения осталась на месте, ось сжатия субгоризонтальна, погружается на ССЗ; плоскости действия максимальных касательных напряжений ВСВ простирания.

субгоризонтальна, погружается на С-ССЗ. Ось субнормальна к простиранию полосчатости гарцбургитов

в Центральном рудном поле. В Центральном рудном поле ось растяжения субвертикальна, надвигание массива, плоскости действия макс-касат напряжений зажаты, перекристаллизация массивных гарцбургитов в директивные с последующим преобразованием их в дуниты. Субнормальная ориентировка сжатия к простиранию дунитов – условия для образования крупно-, гигантозернистых руд – начало пострудного пегматоидного процесса. Наибольшая интенсивность – в западной половине рудного поля - субнормальная ориентировка оси сжатия к контактам; наиболее богатые рудные тела.

к южном увыступу докембрийского фундамента Сибирской платформы -Шарыжалгайскому. Свод выступа

осложнен структурой Онотского грабена ССВ простирания. Центральная часть грабена – мигматиты и анатектиты среднего протерозоя, крылья – карбонатная толща нижнего протерозоя – блоки преимущественно субмеридионального простирания.
Тальковые рудные тела - в карбонатной толще западного крыла. Образуют повторяющиеся через 500-700м четковидные залежи, согласные с общим простиранием толщи на протяжении 8 км.
Образование залежей – гидротермально-метасоматические преобразования доломитов и магнезитов под действием кремнекислых растворов.
Главные рудообразующие факторы – исходные магнезиальные породы, обилие кремнекислых растворов (из мигматитов и анатектитов) и проницаемость карбонатной толщи.

поздний (б)– по методике О.И.Гущенко. На раннем этапе – СВ-ЮЗ субгоризонтальное

«растяжение», «сжатие» – субперпендикулярно простиранию карбонатных толщ.

На раннем этапе – СВ-ЮЗ субгоризонтальное «растяжение», «сжатие» – субперпендикулярно простиранию карбонатных толщ.

На позднем этапе – субмеридиональное «растяжение» и «сжатие», близкое к положению, нормального к блокам магнезитов.

Залежи талька приурочены к активным частям разломов.

ориентировках векторов перемещения на зеркалах скольжения разработаны принципы выделения фаз

в едином цикле деформирования [Васильев и др., 1999, 2001; Гущенко, 1999; Гущенко и др., 2001; Леонов и др., 2001. Обоснование возрастной последовательности выделенных фаз деформирования проведено по комплексу данных на примере деформаций в Гальмоэнанском массиве ультрабазитов (Корякское нагорье). Здесь были использованы геологические данные об ориентировках систем плоскостей кливажа, элементов залегания контактов габбро, пироксенитов и дунитов, хромитовых прожилков, данные о простираниях границ неотектонических блоков, сейсмологических данных о механизмах землетрясений [Васильев и др., 1999; Васильев, Мострюков, 2001].

направленное изменение формы эллипсоида деформации (от με = –1 до

με = +1 или наоборот), а в течение полного цикла – закономерная шестикратная инверсионной смена ориентации осей (σ1↔σ2, σ3↔σ2). Природу циклического развития (цикла) тектонических деформаций, фиксируемого по шестикратной инверсионной смене фазовых механизмов деформационного процесса , вероятно, следует связывать с проявлением, как минимум, двух «противоположно» направленных тенденций в закономерностях развития земной коры.
С одной стороны, это последовательное развитие силового (энергетического) импульса, направленного на нарушение изостатического равновесия блоковой структуры земной коры, а с другой стороны, – высокая инерционность («инерция массы») направленного развития тектонических структур, препятствующая «мгновенному» установлению такого равновесия.

Полный цикл деформации - шестикратное изменение формы и ориентации эллипсоидов напряжений (деформаций) -следствие непрерывной пульсации соотношений между относительными величинами σ1,σ2,σ3 и µ от –1 до +1 на границах фаз. Непрерывность развития процесса деформации -унаследованное сохранение ориентации одной из осей главных напряжений (σ1,σ3) эллипсоида и сменой индекса другой оси на индекс (σ2) промежуточного напряжения в ˝соседних˝ фазах. Плавность переходов между фазами подчёркивается выравниванием величин между одним из главных напряжений (σ1, σ3) и промежуточным напряжением (σ2) в эллипсоидах напряжений на границах фаз.

на примере деформаций в Гальмоэнанском массиве ультрабазитов (Корякское нагорье). Здесь

были использованы геологические данные:
1) об ориентировках систем плоскостей кливажа,
2) элементов залегания контактов габбро, пироксенитов и дунитов,
3) хромитовых прожилков,
4) данные о простираниях границ неотектонических блоков,
5) сейсмологических данных о механизмах землетрясений [Васильев и др., 1999; Васильев, Мострюков, 2001].

фронтальным сегментом Олюторской зоны в Южной Корякии. Зона контролируется одноименным

надвигом.

1997 г - Комплексный геологический отряд: полевые тектонофизические исследования, рук. Н.Ю.Васильев, на Гальмоэнанское месторождение платины. Измерения малых структурных форм – индикаторов тектонических напряжений производились: Н.Ю. Васильевым, В.А.Корчемагиным, Л.А.Сим и А.О.Мострюковым.

массиве размером 3х5 км
были измерены 5131 вектора перемещений, позволившие выделить

9 фаз деформирования с устойчивыми ориентациями осей главных нормальных напряжений в пространстве, но с закономерной их переиндексацией -непрерывно-прерывистая смена механизмов деформационного процесса (…взброс↔сдвиг↔сброс…) на границах фаз цикла. Среди этих фаз удалось выделить синрудную фазу деформирования и откартировать по всей исследованной площади участки c вертикальной компонентой ΔΖ (вертикальное разуплотнение, высокая проницаемость) и градиентные зоны ΔΖ.
Проявления металла локализуются вдоль границ с высокоградиентными зонами ΔΖ –пространственное размещение геохимических барьеров для перемещения металла с флюидами.

2017)
Положительная дилатансия–структурно-тектонический фактор контроля оруденения:
µ < 0; 2) ΔΖ >

0,10; 3)взбросовый тип механизма деформации в условиях активного растяжения; 4)крутая ориентация «активной» оси 1 ≥ 60º. Зафиксировано на 16 м-ниях: Актовракском (асбеста), Гурбейском (Au), Джетыгаринском (асбеста), Инаглинском (слюды), Канчочском (Au), Каральвеемском (Аu), Кимперсайском (Cr), Ковдорском (Fе, Р, слюды), Малышевском (Ве), Молодежном (асбеста)Никитовском (Hg), Онотском (талька), Рай-Изском (Cr), Такобском (F), Тырныаузском (W,Mo) и Урупском (Cu).

На безрудных участках не установлено признаков положительной дилатансии (µ< 0 и
ΔΖ >0,10 для взбросового режима). Районы: побережье Байкала, Султан-Уиздаг, Предбайкалье и Ю.Камчатка)

с тектоническими напряжениями и деформациями показал:
1 – руды разного генезиса

предпочитают формироваться в блоках горных пород, находившихся на стадии рудобразования в геодинамической обстановке растяжения;
2 – установлен новый тип напряженного состояния –вариация вида напряженного состояния, влияющий на концентрацию гнезд горного хрусталя и ртути;
3 – охарактеризовано объемное разуплотнение земной коры (положительная дилатансия) и установлены тектонофизические параметры этого процесса, контролирующего оруденение.

фазы деформации (с)
Сравнение осей ЛСС с региональным напряженным состоянием Главной

рудной фазы – серым фоном отмечены оси ЛСС, соответствующие оси сжатия регионального уровня–подтверждение соответствия данных реконструкции тектонических напряжений разного ранга.

площади (также как и µлок ). СВ и часть ЮЗ

флангов – вертикальное уплотнение, но зоны разуплотнения +ΔZлок согласуется с простиранием плоскости действия региональной оси растяжения Главной рудной фазы и с п изменчивостью простирания продуктивной зоны контакта толщ ультраосновного и гранитоидного составов.

2012)
Смена механизмов деформирования от D к А . C –

вертикальная ось растяжения – зоны разуплотнения, возникновение зон проницаемости – флюидо-массоперенос, метасоматоз, рудогенез – Главная рудная фаза. Фаза В – уплотнение структуры, возникновение складок, µ =+0, 49. Фаза А - µ =+ 0, 19, уменьшение уплотнения, внедрение «молодых» даек лампроитов (R), нормальными к оси растяжения; сдвиговое смещение по границе блоков. Реконструкция тектонических напряжений произведена по 1282 векторам перемещений.

изменчивости значений коэффициента Лоде-Надаи µлок по площади – разнообразие «синрудных»

условий локального уплотнения и разуплотнения структуры месторождения – на ЮЗ и СВ – преимущественное разуплотнение, на СЗ и ЮВ – уплотнение. Усредненное распределение µ - два генеральных простирания – СВ-ЮЗ (плоскость действия региональной промежуточной оси 2 и ССЗ-ЮЮВ - простирание плоскости действия региональной оси сжатия 3 – процессы уплотнения на региональном и локальном уровне взаимосвязаны.

по тектонофизическим параметрам участки (различная штриховка – ареалы разуплотнения для

фаз D,С,В, благоприятные для флюидо-массопереноса. Кружками показаны участки с оптимальным сочетанием условий деформаций для формирования обстановок рудогенеза (ΔΖ ≥0,09; -0,3 ˂ µ˂ 0). Красный цвет – наиболее надежные, синий –менее надежные. Оранжевый и голубой цвет - (0,06 ˂ ΔΖ ˂ 0,09; -0,3 ˂ µ˂ 0)– еще менее надежные участки.
Сопоставление с распределением литохимических аномалий золота (ИМГРЭ,2011) – ортогональные границы аномалий совпадают с границами, выделенными по тектонофизическим данным.