Основы геодинамического анализа при геологическом картировании

Существует также терригенный (автокластический) меланж, обломочная фракция которого и цемент состоят из осадочных, магматических и метаморфических пород в различных комбинациях. Этот тип плохо диагностируется.

Тектонические меланжи характеризуются следующими общими признаками: в отличие от олистостром цемент всегда несет на себе следы тектонической проработки; в цементе присутствуют обломки пород различного состава и генезиса; нижний контакт меланжа всегда тектонический. Законы нормальной седиментации по отношению к тектоническому меланжу не применимы. Они чаще всего, также как и олистостромы приурочены к пограничным структурам в участках повышенной тектонической активности. В олистостромах матрикс всегда моложе олистолитов и олистоплаков, а в меланжах (терригенных) как правило, матрикс древнее включенных глыб. При картировании очень важно знать возраст главных компонентов меланжей. Их диагностика и внутренне строение возможно только при детальном картировании (1:10000 и крупнее) с отрисовкой слагающих их компонентов.

6. Изучение метаморфических образований, как индикаторов геодинамических обстановок

Выделяется три типа метаморфизма: геотермально статический (обычно называемым региональным), зеленосланцевый (собственно зеленосланцевый и глаукофансланцевый), плутонический (симатический и сиалический).

Процессы метаморфизма в основном связаны с зонами конвергенции литосферных плит. Для них характерно чередование в пространстве и времени сжатия и растяжения, восходящих и нисходящих тектонических движении, высокого и низкого потоков тепла, но при общем преобладании процессов сжатия.

Геотермально-статический метаморфизм. Для этого типа метаморфизма характерны ассоциации гранулитовой и амфиболитовой фаций. Они прявлялись в двух совершенно различных геотермальных режимах, один из которых имел место в раннем архее, а второй существовал на протяжении всей последующей истории. Особенностью раннего архея являлись высокотемпературные условия формирования пород (850-950^оС) при относительно малых глубинах.

Зеленосланцевый метаморфизм. Собственно зеленосланцевый метаморфизм протекает в относительно спокойной обстановке сжатия в интервале температур от 300 до 500^оС и давлении 8-9 кбар. Метаморфические реакции протекают за счет энергии тектонических деформаций, а не за счет внешнего термального воздействия. Глаукофансланцевый метаморфизм по температуре соответствует зеленосланцевой и низам эпидот - амфиболитовой фаций. Он узко локализуется в зонах шириной сотни метров - первые километры и характеризуются наличием высокобарических минералов, то есть протекает в геодинамических режимах высоких и сверхвысоких давлений. Разброс температур от 220 до 550^оС с устойчивым глаукофаном при 220-410^оС и давлении 400-1200 МПа. При 420^оС глаукофан исчезает и замещается кальциевым амфиболом.

Высоко и низкобарический типы метаморфизма образуют пары в зонах субдукции, причем высокобарический (глаукофан-сланцевый) пояс располагается на океанической стороне (совпадает с глубоководным желобом), а зеленосланцевый (низкобарический и высокотемпературный) приурочен к континентальной зоне (обычно к осевой зоне островной дуги). К глаукофановым поясам приурочены высокобарические эклогиты и жадеиты, образование которых происходит в зонах избыточного давления, которые разделены областью тектонической разгрузки. Наиболее широко они известны в структурах альпийского орогенеза.

Плутонический (симатический) метаморфизм. Он связан со становлением габбро-гипербазитовых комплексов при их перемещении в верхние горизонты земной коры. Метаморфизм вызван плутоническими массами, транспортирующими глубинную энергию в верхние горизонты коры. Особенностями этого метаморфизма является сочетание регрессивных преобразований габбро-гипербазитов с прогрессивным метаморфизмом пород обрамления, т. е. габбро-гипербазиты являются теплоносителями и передатчиками динамического давления. Ранний этап связан с формированием гнейсовидных гарцбургитов, метадунитов, энстатитов и др. При этом отмечается регрессивная направленность процесса от высокотемпературной гранулитовой ступени (в условиях верхней мантии) до низкотемпературной зеленосланцевой стадии (в континентальной коре).

Сиалический метаморфизм. Относится к самым распространенным из петрогенетических явлений во всей истории Земли и обусловлен, прежде всего, формированием гнейсово-мигматитовых комплексов. Они включают гнейсовое ядро и сланцевое обрамление. Метаморфизм в этих зонах различный по температуре и давлению. Обычно в сиалических поясах низкого давления степень метаморфизма понижается от осевой части в обе стороны. Вдоль этой оси располагаются граниты, одновозрастные с метаморфизмом, а полингенные метасоматические граниты размещаются на некотором удалении от неё.

7. Методы геохимической индикации палеогеодинамических обстановок

Структурно-вещественные комплексы разных палеогеодинамических обстановок обладают статистически вполне определенными и достоверными геохимическими характеристиками. Использование таких эталонных характеристик позволяет выделить критерии геохимической индикации конкретных структурно-вещественных комплексов [5,7,8].

В соответствии с принципами актуализма установление (идентификация) геодинамических обстановок производится путем сравнения петрохимических параметров пород, особенностей распределения в них малых и редких элементов, различных химических и изотопных отношений в структурно-вещественных комплексах геологического прошлого с соответствующими параметрами известных эталонных геодинамических обстановок.

Так, например, активный вулканизм проявляется вдоль границ плит: в срединно-океанические хребтах (дивергентные границы плит), в пределах активных континентальных окраин и островодужных систем (конвергентные границы плит). Кроме того, вулканизм связан с континентальными рифтами, с формированием океанических островов, с глубинными разломами внутриплитных обстановок (трапповый магматизм и магматизм обстановок горячих точек). Перечисленные обстановки характеризуются индивидуальными особенностями состава вулканических пород и их геохимического облика, в соответствии с условиями образования. При этом известково-щелочные вулканиты, в том числе андезиты и островодужные толеиты связаны с конвергентными границами. Считается, что количество воды привносимой в мантию погружающейся океанической плитой контролирует объем формирующегося андезитового расплава, а распределение температур и степень плавления мантийного субстрата определяют щелочность магм. Эти процессы, в свою очередь, контролируются характером и скоростью взаимодействия плит. Взаимодействие мантии и коры сложно и неоднозначно. Наряду с поступлением материала из деплетированной верхней мантии (обедненной крупнообъемными элементами - K, Rb, легкими РЗЭ и др.) наблюдается привнос (инъекция) глубинной необедненной мантии. В океанах обнаружены базальты явно происшедшие из необедненной мантии. Для них характерны относительно высокие концентрации некогерентных литофильных элементов с большими ионными радиусами, высокие отношения Ce/Yb, Rb/Sr, Rb/K, по сравнению с большинством океанических лав [20]. Отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr у этих базальтов смещено в сторону более высоких значений, чем у базальтов СОХ. Это Азорские острова, Исландия, Галапогос, Тристан-да-Куэнья и другие.

Следует отметить, что проявления магматизма противоположных геодинамических режимов (сжатия, растяжения) наряду с явными чертами различия обладают определенным сходством. Ряд магматических серий являются «сквозными» и называются неспецифическими, тогда как другие характерны только для определенных обстановок и называются специфическими [15].

К специфическим сериям зон растяжения относятся: толеитовая серия базальтов СОХ и толеитовая пикрит-базальтовая серия океанических островов, трансформных разломов, континентальных рифтов и траппов; K-Na щелочная серия.

Специфическими для зон сжатия являются известково-щелочная и шошонитовая серии. В то же время породы K-Na-субщелочной серии неспецифичны, т.к. участвуя в строении островных дуг, континентальных рифтов, внутриплитных областей и океанических островов они сохраняют близкие особенности минералогического и геохимического состава.

В зонах субдукции проявлены вулканиты от толеитового (примитивные дуги) до известково-щелочного (развитые островные и окраинно-континентальные дуги) и затем щелочного (тыловые зоны вулканических дуг) состава. Эти же особенности проявляются и в эволюции интрузивных пород в пределах вулкано-плутонических поясов (от известковых к известкаово-щелочным и щелочным породам). Такие закономерности могут быть объяснены уменьшением возраста магматизма в одном месте, а также увеличением расстояния центров магматизма от оси активного глубоководного желоба. Это свидетельствует о существовании единых факторов при становлении интрузивных и экструзивных магм из латерально-гетерогенной мантии.

В настоящее время сопоставление состава исследуемых СВК с эталонными комплексами-индикаторами позволяют получить достаточно надежные выводы о палеогеодинамической обстановке конкретного геологического объекта. При этом, необходимо отметить, что дополнительные трудности вносят метаморфические преобразования пород. Для принятия окончательного решения о принадлежности СВК к той или иной обстановке необходим учет всех геологических признаков.

Необходимым условием данных исследований является применение инструментальных методов количественного анализа с ошибкой не более 20% от стандарта, использование проб пород не измененных или слабоизмененных вторичными процессами со стабильными концентрациями элементов-идентификаторов.

Идентификацию магматических комплексов необходимо проводить на трех уровнях: петрохимическом (анализ породообразующих минералов), геохимическом (анализ элементов-примесей) и изотопном.

Для классификации вулканогенных пород с целью выделения толеитовой, известково-щелочной, субщелочной и щелочной серий удобно применять петрохимические критерии с использованием систем диаграмм [9]. Для этих целей рекомендуется схема последовательных операций для дискриминации петрохимических серий из выборки химических анализов изверженных пород конкретных геодинамических обстановок.

Грубую идентификацию базальтов можно производить с помощью тройной диаграммы MgO-FeO-Al₂O₃ для пяти типов базальтоидного магматизма [19].

Дж. Пирсом [17] разработаны многокомпонентные диаграммы путем обработки большого количества химических анализов базальтов различных геодинамических обстановок с помощью метода дискриминантных функций. Существует ряд жестких требований к работе с этими диаграммами [3].

На более высоком уроне разрешения выполняются задачи идентификации обстановок на основе распределения микроэлементов. С этой целью используются треугольные диаграммы Zr - Ti/100 - Y Ч 3 и Zr - Ti/100 - Sr/2 [18].

Кроме описанных тройных диаграмм для идентификации базитов широко применяются простые и наглядные двойные диаграммы. Некоторые из них построены на основе распределения титана (в форме металла или оксида). Это связано с значительной контрастностью его распределения в базитах разных геодинамических обстановок. Существуют диаграммы Ti - Zr в трех вариантах. Более сложными являются диаграммы Ti/Cr - Ni, а также Ti/100 - Cr [14].

Дж.Пирсом с коллегами предложена диаграмма Cr - Y для разделения базальтов СОХ, островных дуг, и внутриплитных обстановок. Ими же построены весьма информативная диаграмма Th/Yb - Ta/Yb для классификации пород от толеитовых серий до щелочных.

В настоящее время широко применяются диаграммы, построенные на основе сопоставления изучаемых пород с нормативными горными породами, например, хондритами метеоритов, принимаемыми за аналог примитивной (первичной) мантии и базальтами СОХ, рассматриваемыми в качестве базальтовой выплавки из истощенной верхней мантии.

Наиболее предпочтительными для употребления являются оценки содержаний редкоземельных элементов (РЗЭ) в хондритах, приводимых М. Масуда и др. [16]. При этом, необходимо напомнить, что корректность идентификации геодинамической обстановки при помощи подобных диаграмм, может достигаться только в сочетании их с методами петрологии.

Геодинамическая идентификация гранитоидов как продуктов, в основном, субдукционных и коллизионных зон в общем виде выражается в определении I-типа или S-типа гранитоидов. Существуют также способы выделения геохимических особенностей гранитоидов связанных с океаническими и островодужными обстановками. Тесная связь гранитоидов различного состава между собой, по сравнению с вулканитами затрудняет использование геохимических методов для решения указанных задач. Применяется двухкоординатная диаграмма RB -(Nb+Y), показанная на рис. Она позволяет различать коллизионные, внутриплитные и островодужные гранитоиды и также плагиограниты СОХ.

Выделение гранитов островодужных и окраинно-континентальных типов может решаться с помощью диаграмм распределения элементов КИЛ и ВЗИ. Использование редкоземельных элементов (РЗЭ) позволяют идентифицировать гранитоиды трондьемитового ряда, принадлежащие океанической, окраинно- и внутриконтинентальной обстановкам [1].

Приведенные диаграммы не исчерпывают всего количества разработок, посвященных данной проблеме. В то же время, они показывают достаточно широкие возможности геохимических методов идентификации магматических пород, относящихся к различным геодинамическим обстановкам.

8. Геодинамические модели и методы их разработки

Разнотипные геодинамические обстановки тесно взаимосвязаны друг с другом. Основной методический принцип разработки геодинамических моделей и построения геодинамических карт определяется тем, что изменение геодинамических процессов в каком-либо сегменте литосферной плиты неизбежно вызывает изменение этих же характеристик в смежных участках и всем ансамбле плит. Следовательно, исследование конкретных территорий должно базироваться на анализе региональных материалов, а разработка моделей должна осуществляться на глобальном, региональном и локальном уровнях.

К глобальным моделям относятся геодинамические карты масштаба 1:10000000 и мельче. Региональному уровню отвечают мелкомасштабные геодинамические карты (1:1000000, 1:2500000, 1:500000) и модели крупных сегментов литосферных плит [2,16,17].

Локальному уровню отвечают крупно- и среднемасштабные геодинамические карты, а также модели формирования отдельных регионов и геодинамических комплексов. Основным направлением моделирования является подбор актуалистических аналогов исследуемых объектов и оценка уровня необратимых эволюционных изменений моделируемых явлений. В основе же геодинамических реконструкций лежат разработки теории литосферных плит.

Реконструкция палеогеодинамических обстановок включает ряд последовательных операций:

1) определение соответствия изучаемого объекта эталонным хорошо изученным современным или кайнозойским обстановкам (опознание СВК-индикаторов);

2) изучение и оценка характера структурно-метаморфических преобразований пород и соответствие их эталонным объектам;

3) изучение пространственно-временных взаимоотношений структурно-вещественных комплексов и характера структурных ансамблей (зональностей разного типа);

4) палинспастические реконструкции;

5) оценка глубинного строения исследуемого региона;

6) обобщение и разработка геодинамической модели, отражающей эволюцию и смену геодинамических режимов.

Палеогеодинамические реконструкции осуществляются для определенного временного уровня (временного среза), особенно в областях, где совмещены разновозрастные СВК. Последовательность моделирования обычно производится от молодых геотектонических циклов к более древним. При этом происходит как бы последовательное снятие более молодых СВК и восстановление пространственных взаимоотношений более древних СВК и образованных ими геологических структур.

Средне- и крупномасштабное геодинамическое картирование может проводится при геолого-съемочных работах, но может быть и самостоятельным видом работ. В нем наряду со стандартными методами картирования используется геодинамический анализ. Результатом картирования является геодинамическая карта. Она сопровождается глубинными геодинамическими разрезами, схемами, боле детальными картами врезками.

Карта сопровождается специальной системой условных обозначений, называемой легендой. В ней показано развитие во времени исследуемого объекта земной коры. Обычно легенда составляется в виде таблицы, содержание которой отвечает геологическим особенностям региона.

Слева сверху вниз располагаются эпохи, отвечающие определенным взаимодействиям плит и этапы, соответствующие определенным геодинамическим обстановкам. Возрастные интервалы обозначаются индексом. Правее приводится геодинамическая характеристика каждой эпохи, этапа, стадии. Например: эпоха - Взаимодействие океанической и континентальной плит Pz₁; этап - субдкция, сжатие (Cm-O); стадия - сближение островной дуги и междугового бассейна. В соответствии каждой стадии по горизонтали приводятся и отстраиваются фрагментарные разрезы СВК. Каждый разрез, в виде вертикальной колонны отвечает определенной геодинамической структуре, название которой надписывается над соответствующей колонной. Сама колонна состоит из прямоугольников, отвечающих элементам разреза. В левой части прямоугольника находится индекс возраста СВК. В правой части наносится крап, соответствующий составу пород и закрашивается цветом соответствующей геодинамической обстановки. Под каждой колонной отдельными прямоугольниками изображается свойственный данной ситуации магматизм. В них индексом изображается возраст, а крапом состав пород. От прямоугольников магматических образований вверх отводятся узкие полоски до уровня самого молодого СВК, прорываемого данным магматическим комплексом.

Горизонтальные ряды образуются всеми вертикальными колоннами, отвечаемыми конкретной стадии Справа в отдельной графе, на уровне стадии приводятся цветные обозначения типа и стиля деформаций, а также векторы доминирующих напряжений. Колоны условных знаков, отвечающих разрезам каждой стадии, изображаются над обозначениями разрезов, развитие которых они продолжают. Таким образом, в легенде отражается сквозная эволюция, установленная по индикаторам обстановок в определенном эрозионном срезе. Ниже под легендой располагаются изображения прочих обозначений. Это границы СВК, палеоструктуры, ассоциации СВК отдельных геодинамических обстановок, стадий, этапов. Специальными знаками выделяются границы нормальных латеральных и вертикальных совмещений и граница тектонических совмещений.

Геодинамическая карта должна сопровождаться достаточным количеством глубинных разрезов, которые располагаются на отдельных листах фобозначения, что и на карте. Более детальные карты-врезки сопровождаются собственными легендами.

Геодинамические карты по содержанию структурной нагрузки, количеству выделенных СВК и их возрастному расчленению сопоставимы с традиционными геологическими картами или превосходят их. Геодинамическое картирование базируется на предварительно разработанных моделях, и именно их выбор, оптимизация и поверка являются основными задачами исследований.

9. Основы применения геодинамического анализа при картировании

Последовательность работ при геодинамическом картировании включает: составление предварительной карты на базе имеющихся фондовых и литературных материалов; полевые и камеральные работы для проверки предварительных моделей и прогнозных схем, а также разработки новых материалов для построения моделей, карт и прогнозных оценок; обобщение материалов и составление новых геодинамических моделей и карт с прогнозной оценкой изучаемой территории.

Предварительный этап. Этап включает предварительный геодинамический анализ, еще на стадии составления проекта работ. Это палеогеодинамические реконструкции с выделением предварительных моделей и прогнозных следствий. Результаты исследований кладутся в основу методики предполагаемых работ. При этом используются: метод аналогии на основе принципа актуализма (в геологических комплексах прошлого следует ожидать присутствие того же спектра полезных ископаемых, что и в современных обстановах); разрабатываются геодинамические модели формирования и локализации полезных ископаемых.

Полевой этап. Включает проведение специализированных наблюдений и опробования для выявлении информативных признаков геодинамических условий формирования геологичесих тел, проведение палеогеодинамических реконструкций. В основе лежат литологические (седиментологические), палеовулканические, структурные наблюдения и отбор проб для палеомагнитных и геохимических исследований

Полевые геодинамические работы определенного масштаба проводятся в пределах всей изучаемой территории и более детально по линиям опорных геотраверсов и на отдельных участках.

В процессе полевых исследований, с использованием критериев геодинамических обстановок выявляются отдельные геологические тела и совокупности тел, образующих конкретные геодинамические комплексы, из объема и границ. Геодинамические комплексы прослеживаются на местности и в глубину с использованием данных геофизики и бурения. При детальных исследованиях для обоснования палеогеодинамических реконструкций составляются стратиграфические разрезы, отбираются пробы и образцы горных пород и проводится детальное картирование опорных участков.

Камеральный этап. Производится всесторонняя оценка геодинамических тел, объем и взаимоотношения геодинамических комплексов. Составляются графические и поясняющие текстовые материалы, прежде всего, геодинамические карты данного масштаба, палеогеодинамические схемы основных этапов развития региона, карта закономерностей размещения полезных ископаемых на геодинамической основе.

В заключение отмечаются важнейшие прогнозно-поисковые следствия результатов применения геодинамического анализа, требующих дальнейшей проверки и рекомендации по проведению дальнейших работ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Aрт Дж. Г. Некоторые элементы-примеси в трондьемитах - их значение для выяснения генезиса магмы и палеотектонических условий. //Трондьемиты, дациты и связанные с ними породы.-М.: Мир, 1983. С. 99-105.

2. Геодинамическая карта СССР масштаба 1:2500000. Мингео СССР, 1989.

3. Геодинамический анализ при геологическом картировании. (Методические рекомендации). М.: ИМГРЭ, 1989. 56 с.

4. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Моралев В.М. Глобальная геотектоника, магматизм и металлогения. -М.: Недра, 1976. -231 с.

5. Зоненшайн Л.П. , Савостин Л.А. Введение в геодинамику. -М.: Недра, 1979. -311с.

6. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Фанеорозойские палинспастические реконструкции территории СССР. //Геотектоника, 1987, №6. С. 3-19.

7. История развития Уральского палеоокеана. Зоненшайн Л.П., Матвеенков В.В. (редакторы). -М.: Ин-т океоналогии АН СССР, 1984. -165 с.

8. Лутц Б.Г. Геохимия океанического и континентального магматизма. -М.: Недра, 1980. -247 с.

9. Магматические горные породы. Т.6. Эволюция магматизма в истории Земли (Богатиков О.А., Богданова С.В., Борсук А.М. и др.). -М.:Наука, 1987. -439 с.

10. Новая глобальная тектоника (тектоника плит). -М.: Мир, 1974. -472 с.

11. Пейве А.В., Руженцев С.В., Трифонов В.Г. Тектоническая расслоенность и задачи изучения литосферы континентов. //Геотектоника, 1983, №1. С. 3-13.

12. Унксов В.А. Тектоника плит. -Л.: Недра, 1981. -2888 с.

13. Хаин В.Е. Тектоника плит двадцать лет спустя (размышления о прошлом, настоящем и будущем) //Геотектоника, 1988, №6,. С. 3-17.

14. Шараськин А.С., Злобин С.К., Кузнецова С.Я. Геохимические особенности офиолитов желоба Тонго. //Океанический магматизм, эволюция, геологическая корреляция.- М.: Наука, 1986. С. 241 249.

15. Шарков Е.В., Цветков А.А. Магматические серии и геодинамические режимы океанов и континентов. //Океанический магматизм - эволюция, геологическая корреляция.- М.: Науа, 1986. С. 6-25.

16. Masuda M., Nakamura N., Tanaka K. Fine structure mutually normalized rare-earth patterns of chondrites. // Geochim. Et Cosmochim, Acua, 1973, v.37, №1. P. 239-248.

17. Pearce J.A. Statistical analysis of major element patperns of basalts. // Earth Planet Sci. Lett., 1983, v.65, № 1. P. 15-43.

18. Pearce J.A.,Cann J.R. Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses. // Earth Planet Sci. Lett., 1973, v.19, № 1. P. 290-300.

19. Pearce T.H., Gormann B.E., Brikett T.C. The relationship between major element chemistry and tectonic environment of basic and intermediate volcanic. //Earth Planet Sci. Lett., 1977, v.36, № 1. P.121-123.

20. Verma S.P., Schilling J.G.Waggonen D.G. Neodimium isotopic evidence for Galapogos Hotspot-apreading centre system evolution. //Nature, 1983, v. 306.

Размещено на Allbest.ru