3.1. 96-05-65519

3.2. Динамика сдвиговых магматических дуплексов

3.3. 05-111, 05-112, 05-131, 05-133, 05-212

3.4. Целью проекта является изучение нового класса геологических объектов – "сдвиговых магматических дуплексов" (СМД), выявленных нами в нескольких регионах (Балтийский щит, Центральный Казахстан, Южный Урал и др.). Предполагалось показать, что формирование этих многочисленных и разнообразных по строению магматических образований связано с развитием разномасштабных зон присдвигового растяжения.

В рамках представленного проекта основной задачей является построение полных динамических моделей структурно-вещественной эволюции сдвиговых магматических дуплексов – от геодинамических и структурно-геологических обстановок их инициации до постмагматической переработки присдвиговых магматических комплексов.

Конкретными задачами исследования являются:

В качестве результатов предполагалось создание

– геологических и структурно-геологических карт СМД (детальные геологические, структурно-геологические и геофизические карты сдвиговых магматических дуплексов, главным образом, авторские или созданные с использованием материалов авторов проекта).

– палинспастических реконструкций наиболее развитых СМД (модели тектонической эволюции наиболее развитых и наиболее изученных СМД из районов Северного Прибалхашья, Восточного склона Южного Урала, Северо-Карельской рифтовой зоны).

– качественных кинематических моделей развития основных типов СМД (схема классификации СМД и модели кинематических обстановок развития основных типов СМД)

В качестве результатов предполагалось получение

– сравнительных моделей эволюции поверхностных и глубинных магматических образований СМД;

– глубинных карт-срезов сдвиговых магматических дуплексов и схем структурных взаимоотношений поверхностных и глубинных комплексов СМД (для некоторых хорошо изученных структур – карты-срезы на глубине 0.5-1.5 км и схемы сравнения поверхностных и глубинных структурно-геологических ситуаций).

В качестве результатов предполагалось создание

– базы данных по сдвиговым магматическим дуплексам (дополняемая база данных для IBM-совместимых РС, включающая основные работы по динамике, кинематике, петрологии, геохимии и моделям развития сдвиговых магматических дуплексов);

– пакета программ “Magmadata” (пакет оригинальных прикладных программ, предназначенных для обработки и визуализации геохимических, петрологических минералогических и структурно-геологических данных, совместимый с наиболее распространенными программами обработки петролого-минералогических данных).

3.5. Поставленные в проекте задачи удалось выполнить, в целом, примерно наполовину, правда, с привлечением других источников финансирования в части заработной платы и полевых работ.

3.6. Важнейшие результаты работ по проекту за 1997 год сводятся к следующему:

– на восточном склоне Южного Урала выявлены новые геологические объекты, относящиеся к классу СМД разного возраста и различной глубины заложения, проведено их детальное полевое изучение;

– выявлен новый тип сдвиговых магматических дуплексов, формирующихся в механических условиях простого сдвига;

– разработаны промежуточные варианты региональных структурно-геологических карт на варисцийскую область Казахстана и Восточный склон Южного Урала;

– разработана региональная геолого-структурная модель возникновения и развития сдвиговых магматических дуплексов шовных зон Восточного Урала;

– доработана классификация сдвиговых магматических дуплексов, развивающихся в условиях корового скалывания;

– продолжено изучение химизма магматических пород, возникновение которых связано со сдвиговыми магматическими дуплексами шовных зон; важнейшей их характеристикой является повышенная щелочность (от существенно натриевой до ультракалиевой);

– продолжено изучение минеральных ассоциаций ультраосновных пород расслоенных массивов Карело-Кольского региона (массив горы Генеральской, Бураковский, Луккулайсваара, Мончегорский) и серпентинитовых массивов Южного Урала (Успеновский, Татищевский, Куликовский).

– на новой основе существенно дополнена общая база данных по сдвиговым магматическим дуплексам, которая состоит из двух частей: базы расширенной библиографии опубликованных работ и базы аналитических данных по собственным работам и литературным источникам.

Более подробно остановимся на еще не опубликованных или не полностью опубликованных результатах. Часть их будет доложена на Всероссийском тектоническом совещании в конце января, а также на Зонненшайновских чтениях и совещании "Европроба-98" в феврале 1998 года.

Особое внимание при проведении работ в 1997 году было уделено выявлению и изучению новых геологических объектов, относящихся к классу сдвиговых дуплексов растяжения и сжатия в пределах крупных шовных зон, ограничивающих собственно Восточно-Уральские структуры с запада и востока.

В пределах Челябинско-Кумакской шовной зоны классу магматических сдвиговых дуплексов отвечают позднедевонские массивы пород тоналитового ряда, протягивающиеся цепочками по восточному борту Восточно-Уральского прогиба (Новоукраинский, Каменский и ряд других). Время их формирования совпадает с саурской (судетской) фазой тектогенеза, на заключительных этапах которого в описываемой зоне преобладали хрупкие деформации, выраженные в развитии меридиональных сдвигов. Все указанные магматические дуплексы принадлежат единому левосдвиговому домену. Судя по литературным данным и материалам средне- и крупномасштабных геологических съемок этот домен может быть продолжен на север. Все массивы имеют в плане более или менее выраженную форму слегка изогнутой капли, или клина, вытянутого меридионально и расширяющегося на север со слабым изгибом на запад.

Наиболее интересной особенностью изученных массивов является то, что они формировались в механических условиях простого сдвига, в отличие от всех описанных нами ранее, для которых предполагалось формирование в механических условиях чистого сдвига. Вследствие этого породы последовательных фаз внедрения располагаются в пределах массива не параллельными полосами, а концентрически. Кроме того, именно эти массивы очень интенсивно тектонизированы (разгнейсованы) на постмагматическом этапе. Интенсивному рассланцеванию подвержена и рама массивов. Пространственные ориентировки гнейсоватости и сланцеватости совпадают и имеют характер облекания. Интересно, что степень тектонизации обратно пропорциональна расстоянию от зон эндо- и экзоконтактов между породами различных фаз внедрения. Именно эти зоны тектонизированы наиболее интенсивно, а на удалении от них породы имеют массивный облик.

В пределах Шелудивогорской шовной зоны детально изучена предположительно триасовая ассоциация ультракалиевых базальтоидов и габброидов (абсарокит-шонкинитовая), абсолютный возраст которой по предварительным данным (K-Ar метод, по валу) составляет 240 млн. лет для абсарокитов и 230 млн. лет для шонкинитов (определения А.А. Краснобаева из наших проб). Специфика ассоциации состоит в том, что она распространена в очень узкой зоне, вулканиты практически не дифференцированы по составу (низкотитанистые базальты и габбро) за исключением содержаний калия. Количество калия в породах закономерно уменьшается вверх по разрезу. Полученный материал позволяет сделать предварительное предположение о том, что абсарокит-шонкинитовая ассоциация Шелудивых гор формировалась в триасе в пределах быстро развивавшейся (в механических условиях простого сдвига) присдвиговой рифтогенной структуры. Извержение расплава из магматического очага было достаточно коротким по времени и сопровождалось активной потерей калия. Шелудивогорская рифтогенная структура является самой западной в системе рифтов, включающей в себя восточнее Челябинский грабен и рифты Западной Сибири.

Важную роль в работах 1997 года играли исследования СМД вулкано-плутонического и осадочно-вулкано-плутонического типов. В результате была разработана кинематическая модель развития вулкано-плутонических ассоциаций (ВПА) гранитоидного ряда для более или менее устойчивого поля напряжений с горизонтальным расположением его основных осей. В модели рассматриваются три этапа развития ВПА.

Начальный этап (может отсутствовать) развития присдвиговых зон растяжения (осадочный) сводится к возникновению осадочных прогибов (в основном, коротко живущих), близких к пулл-апарту. Поверхностные структуры присдвигового растяжения (осадочные и/или вулканические мульды) могут образовываться либо как "чистые" пулл-апарты на изгибах крупных сдвигов, либо как впадины присдвигового проседания – по сути небольшие пассивные рифты – в зонах кулисного перекрытия сдвигов.

Средний этап (вулканический) – постепенное раскрытие сдвигового дуплекса (чаще всего, рассеянного типа) – приводит к прорыву расплава на поверхность и формированию локальной вулкано-тектонической депрессии. В приповерхностных "холодных" горизонтах с преимущественно хрупким деформационным поведением инициальные присдвиговые отрывы вскрывают магматические очаги, локализованные вблизи границы пород с хрупким и пластическим деформационным поведением, что может приводить к активной вулканической деятельности.

В заключительный этап (плутонический) присдвиговое раскрытие достигает более глубоких и, соответственно, более "горячих" уровней и локализуется в меньшем количестве конкретных зон; под мощной покрышкой вулканитов формируются плутонические массивы. Магматическое заполнение инициальных присдвиговых отрывов может длительное время оставаться жидким, причем за счет перманентного прогрева эта граница с течением времени будет более или менее устойчиво подниматься. Таким образом, в области прогрессирующего глубинного раскрытия возможно развитие присдвиговой магматической камеры, импульсно заполняемой расплавом в течении всего периода активного сдвигания, что может привести к возникновению многофазных плутонов гомодромного ряда.

В 1997 году существенно дополнена серия геологических и структурно-геологических карт на районы распространения СМД: (1) масштаба 1:100 000 на Восточно-Уральское поднятие и на зону сочленения Восточно-Уральского прогиба и Зауральского поднятия; (2) крупномасштабные на отдельные участки конкретных магматических дуплексов (Каменский массив, Шелудивогорская рифтогенная зона и др.). Это позволило успешно внедрить изображение особенностей строения СМД непосредственно на геологических картах.

Далее на базе этих новых карт разработаны: (1) второй вариант региональной структурно-геологической карты на Восточный склон Южного Урала, реализующий идею формирования гранитоидных массивов и части вулканических комплексов как сдвиговых магматических дуплексов растяжения и (2) геолого-структурная модель возникновения и развития сдвиговых магматических дуплексов южной части Восточного Урала. Модель предполагает существование крупных тектонического швов, отделяющих Восточно-Уральские структуры, сформированные, главным образом, в саурскую (судетскую) фазу тектогенеза (середина визейского века), как от Зауральских структур, оформившиеся ранее, в основном, в тельбесскую фазу тектогенеза (середина живетского века), так и от Магнитогорского мегасинклинория. Начиная с середины визейского века эти шов представляли собой активные сдвиговые зоны. Полоса сдвигания в обоих случаях имела ширину до 5 км, а магистральные сдвиги располагались кулисообразно, что предопределило возникновение нескольких зон присдвигового растяжения, в пределах которых и формировались магматические камеры СМД.

Обширный материал, накопленный относительно сдвиговых дуплексов, развивающихся в условиях корового скалывания, позволил существенно расширить предложенную ранее классификацию этого класса структур. В первую очередь добавлено еще одно основание классификации - по характеру механической обстановки формирования.

Наиболее сложно эволюционируют осадочно-магматические сдвиговые дуплексы (класс SM), а среди них – осадочно-вулкано-плутонические (подкласс SVP). Их развитие происходит в 3 основных стадии: на начальной – более длительной – развивается локальный осадочный бассейн, близкий к пулл-аппарту; на средней стадии в пределах этого бассейна возникают вулканические постройки, а на заключительной – самой кратковременной – формируются линейные плутоны, часто многофазные. Наиболее типичным представителем структур подкласса SVP является Толкудукская мульда в Северо-Западном Прибалхашье. Подклассы SP и SV являются частными случаями описанного подкласса с выпадением вулканического или плутонического элементов (Сортузская, Жаильминская и многие другие структуры Прибалхашья).

К осадочным сдвиговым дуплексам относятся локальные прогибы в зонах присдвигового растяжения, выполненные осадочными толщами и лишенные проявлений магматизма (близкие к классическим пул-аппартам).

а) по соотношению длин сторон

– продольно-линейные (длинная сторона интрузива расположена по сдвигу, а короткая – по отрыву);

– изометричные (стороны, расположенные по сдвигу и по отрыву примерно одинаковы по длине);

– поперечно-линейные (длинная сторона интрузива расположена по отрыву, а короткая – по сдвигу).

В первом случае амплитуда сдвигания существенно больше полосы сдвигания, а в последнем – существенно меньше.

б) по количеству одновременно формирующихся отрывов в общей зоне присдвигового растяжения

Смысл разделения достаточно прозрачен, многочисленными примерами одинарных СМД являются отдельные крупные дайки и монофазные плутоны, а примерами множественных СМД – рои одновозрастных даек.

в) по количеству импульсов внедрения магматического расплава

Структура симметричных плутонических СМД характеризуется тем, что образования поздней фазы внедряются по оси массивов, сформированных в раннюю фазу (по типу комплексов параллельных даек). Примерами могут служить поперечно-линейный СМД Джангельды и продольно-линейный СМД Сортуз (Северное Прибалхашье). В асимметричных плутонических СМД образования поздней фазы внедряются по контакту массива, внедрившегося ранее. Пример – Чернореченский массив на Южном Урале. Принципиальное различие в развитии этих типов СМД заключается, видимо, в том, что симметричные развиваются более быстро, осевые части внедрившихся массивов не успевают окончательно застыть, и очередной отрыв возникает внутри массива. При формировании асимметричных СМД повторные смещения по сдвигу происходят с существенным отставанием во времени, массив успевает застыть полностью и следующий отрыв возникает в зоне контакта массива с рамой. Смешанные СМД представлены сложно построенными многофазными плутонами, имеющими в структуре черты и симметрии, и асимметрии.

– формирующиеся в механической обстановке чистого сдвига;

– формирующиеся в механической обстановке простого сдвига.

3.7. Полученные результаты по структуре и развитию магматических дуплексов Южного Урала являются новыми, по варисцийской области Казахстана и Карело-Кольскому региону – продолжают и развивают наши исследования прошлых лет. Разработанные модели и классификации являются новыми.

Близки к традиционным полевые методы исследования СМД, хотя постановка задачи накладывает и на них специфические требования. Так, ключевые объекты картируются в сверхкрупном масштабе (вплоть до 1:100 и 1:50), что заставляет существенно дополнять общепринятые способы изображения геологических тел. Особенно это касается тел размером в первые десятки сантиметров. Продуманы способы изображения отдельных трещин, зональных метасоматических прожилков, элементов залегания плоскостей на вертикальных обнажениях и даже отдельных будин и галек.

Особый упор делался на сочетание изучения палеополей напряжений (зоны милонитов, трещиноватость, зеркала скольжения, прожилки, линейность, плоско-параллельные структуры, структурные элементы складок и т.п.) с изучением магматических образований (состав, последовательность внедрения, метасоматические и контактовые явления, внутренняя структура массивов, син- и постмагматическая тектонизация и т.п.). Существенно доработана методика составления среднемасштабных геологических карт на районы развития СМД. В частности, введен новый тип контактов – интрузивно-разрывный, который не сводится ни к интрузивному, поскольку формируется достаточно строго по разрыву и почти всегда подновлен, ни к разрывному, поскольку несмотря на подновленность практически всегда несет признаки интрузивного – изменение структур пород в эндоконтакте и термальные изменения в экзоконтакте.

Изучение вещественного состава СМД пока (из-за недофинансирования) ограничивалось изучением петрохимии и минеральных ассоциаций вулканических и тектонизированных плутонических пород, включая современные микрозондовые исследования.

Создана вполне современная компьютерная база данных по сдвиговым магматическим дуплексам. В первой части (база библиографии) она является оригинальной разработкой, а во второй – использует стандартное программное обеспечение.