Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




18.10.2017





Яндекс.Метрика
         » » Необходимость развития исследовательских работ в области магматизма, радиогеологии и рудообразования

Необходимость развития исследовательских работ в области магматизма, радиогеологии и рудообразования

14.11.2017

Кристаллические (изверженные и метаморфические) горные породы по преимуществу слагают земную кору и, вероятно, верхнюю часть так называемой верхней мантии.
Значительная часть рудно-сырьевых ресурсов связана с развитием в земной коре магматических и метаморфических комплексов горных пород. Даже месторождения экзогенного генезиса типа месторождений коры выветривания, россыпные или некоторые осадочные, не могут быть достаточно поняты без выявления их первоисточников, заключенных в кристаллических горных породах.
Хотя для современной горной промышленности практически интересными являются месторождения полезных ископаемых, приуроченных к верхней (до 3—4 км мощности) пленке земной коры, однако без серьезного изучения вещества земной коры больших глубин создать научные основы прогнозирования полезных ископаемых эндогенного происхождения невозможно.
Магматизм — всеохватывающее и характеризующее все эпохи существования Земли природное явление. Само возникновение в глубинах и последующее проникновение к поверхности Земли газонасыщенных расплавленных магматических масс является результатом действия эндогенных (подкоровых и внутрикоровых) источников энергии. Современный состав магматогенных пород и их производных отражает развитие вещества «земной коры» и «верхней мантии» за время геологического существования Земли.
Изучением горных пород и их закономерных ассоциаций глубинного и поверхностного происхождения, слагающих земную кору и верхнюю часть оболочки, занимается петрология. Дифференциацию вещества земной коры и верхней мантии и перемещение ее продуктов в виде глубинных магм с сопровождающими их рудоносными растворами на разные уровни, вплоть до дневной поверхности, петрология изучает в тесном содружестве с геохимией, тектоникой и геофизикой.
Следует решительно подчеркнуть, что без целеустремленного и широкого развития исследовательских работ по этому комплексу проблем не могут быть решены важнейшие задачи долгосрочного планирования промышленности полезных ископаемых и найдены эффективные поисковые критерии.
Точно так же невозможно правильное использование результатов обширных и дорогостоящих геофизических исследований, так как до сих пор не обеспечена надежная интерпретация косвенных геофизических фактов. В частности, мало продвинулось изучение физических констант горных пород и минералов при разных температурах и давлениях из природных объектов, характеризующих конкретные геологические районы.
Современное состояние общей геологической теории о происхождении, развитии и строении земной коры и верхней мантии характеризуется обилием противоречивых гипотез, основывающихся на неправильной интерпретации геофизических данных, без учета необходимой корреляции последних со свойствами конкретных пород при соответствующих термодинамических условиях. Эти гипотезы исходят из интерпретации, не обоснованной, в частности, знанием магматизма и петрографии изверженных горных пород.
В то же время уже имеющиеся результаты исследований, проводимых совместно ИГЕМ и Институтом физики Земли им. О.Ю. Шмидта, показали, что упругие свойства горных пород — скорость прохождения в них продольных волн увеличивается при всестороннем давлении на 10—20% на первом этапе сжатия 500—1000 кг/см2. Это повышение скоростей продольных волн связано с закрытием части пор пород. Получены первые результаты изучения плотностей гранитных пород и скоростей прохождения в них упругих воли из относительно глубинных зон земной коры на примере Цейлона и Кавказа.
Все эти накопленные данные свидетельствуют о прямой зависимости величины скоростей продольных волн от плотности пород (объемный вес) для одного петрографического класса горных пород. Поверхности, разделяющие слои с разными скоростями упругих волн, отвечают изменению физических свойств горных пород коры, находящихся в напряженном состоянии. Поэтому правильная интерпретация геофизических данных должна основываться на корреляции их с данными о глубинном геологическом строении.
Особо следует отметить, что за последние пять лет благодаря накоплению новых фактов и критическому осмысливанию уже известных представления о строении верхней части нашей планеты стали не столь гипотетичны и примитивны.
В этом отношении представляют интерес научные доклады на XIII Генеральной ассамблее Международного геодезического и геофизического союза в Бёркли (Калифорния, США), краткий обзор которых дан В.В. Белоусовым в № 1 журнала «Советская геология» за 1964 г.
В.В. Белоусов останавливается прежде всего на обзорном докладе по результатам работ ГСЗ в США (Пакизер).
Оказалось, что толщина коры под Калифорнийской долиной составляет всего 20—25 км. Под Сьеррой-Невадой кора утолщается до 50 км и снова уменьшается до 20—25 км в зоне срединного массива Бассейнов и Хребтов. Под Центральными Равнинами толщина коры возрастает до 40—45 км, следовательно, в этом случае низменности и равнине отвечает уже толстая кора.
При этом для отграничения верхней мантии от земной коры американские исследователи основываются на различных значениях скоростей продольных волн в верхней части «мантии» для выделяемых ими областей с различной мощностью коры. Там, где кора тонка, т. е. под Калифорнийской долиной и срединным массивом, в кровле мантии наблюдаются пониженные скорости для продольных волн — 7,6—7,8 км/сек. Под Центральными Равнинами, где кора толста, скорости продольных волн в мантии возрастают до 8,0—8,2 км/сек.
В обзоре В.В. Белоусова приводятся многие другие данные о мощности коры и скоростях продольных волн в различных районах США и Канады. Из новых данных по геофизическим исследованиям дна океанов заслуживают серьезного внимания результаты исследований Рейтта в пределах Восточно-Тихоокеанского подводного хребта. Оказалось, что под гребнем его скорость продольных волн в верхней мантии 7,5—7,6 км/сек, а под склонами того же хребта скорость продольных волн в верхней мантии достигает 8,0 км/сек.
Примеры, приведенные по Американскому континенту, о «поднятии» поверхности Мохоровичича в равнинных частях и срединных массивах (т. е. кора делается как бы тоньше) аналогичны «поднятию» границы Moxo в предгорных частях Северного Кавказа, где в строении глубоких частей земной коры существенную роль играют уже не относительно «легкие» массы гранитоидов зоны Главного хребта, а развитые здесь более плотные породы, слагающие метаморфические и интрузивные комплексы каледонского и, может быть, еще более древних образований нижнего структурного этажа Северо-Кавказской складчатой области.
Нельзя не отметить, что скорости в верхней части «мантии» участков с «тонкой корой» в 7,6—7,8 км/сек характерны для многих метаморфических пород, находящихся в условиях всестороннего сжатия под давлением порядка 1000 кг/см2. Это лишний раз показывает, что граница Moxo разделяет не среды различного петрографического состава, а среды, состоящие из пород, возможно, петрографически однотипных, по находящихся в напряженном состоянии. Физические свойства горных пород (главным образом пористость) в этих условиях изменяются в известной мере скачкообразно, что вызывает некоторое скачкообразное увеличение и скорости продольных волн.
Различное положение поверхности Moxo (по которой обычно отбивается земная кора от верхней мантии) и различные скорости продольных волн, с одной стороны, для «верхней мантии» под гребнем Восточно-Тихоокеанского подводного хребта, а с другой — под его склонами достаточно просто объяснимы изменением величины гидростатического давления, вызываемого столбом океанической воды, на эти разноглубинные участки подводного хребта.
Эти факты о корреляции появления коры океанического типа и участках океанов и морей с глубинами этих участков порядка 4—5 км неоднократно рассматривались мной в предыдущих работах. Следует добавить, что, по последним данным, среди третичных лав острова Гуам (группа Марианских островов) имеются кислые разности с содержанием SiO2 до 69%. Подводное извержение близ Южных Сандвичевых островов дало пемзы с содержанием SiO2 до 73,04%.
Обобщение геологических и геофизических данных и результатов экспериментального изучения физических свойств горных пород, как отечественных, так и зарубежных, позволяет подтвердить, что наблюдаемые различия геофизических характеристик земной коры в области континентов и океанического дна обусловлены не кардинальными различиями петрографического состава этих сегментов земной коры, а изменениями физического состояния пород мозаичной коры в области океанов, находящихся под дополнительной нагрузкой пятикилометровой и более водной толщи. Эта толща создает в нижележащих породах гидростатическое давление порядка 500—1000 кг/см2.
Важнейший раздел современной петрологии — магматическая геология неразрывно связана с радиогеологией (в понимании В.И. Вернадского), и именно с той ее частью, которая изучает эндогенные процессы в земной коре. Радиогеология — принципиально новое направление науки, развивающееся на базе геологии, созидающей исторический подход к природным явлениям.
Главная особенность радиогеологии — изучение природных объектов в их развитии, с количественным подходом к оценке явлений с точки зрения абсолютной и относительной длительности процессов и выявления тонких отличий в изотопном составе вещества земной коры. В этом отношении она развивает направления, по которым уже издавна следовали петрология и петрография. Как известно, длительное изучение количественно-минералогического и химического состава горных пород позволило провести их классификацию с выделением парагенетических групп, устойчиво повторяющихся в истории земной коры. Количественные данные о химическом составе горных пород и оптических констант породообразующих минералов создали важную основу для понимания многих процессов петрогенезиса.
Тесную зависимость радиогеологии и петрологии подчеркивает то важное обстоятельство, что основой для радиогеологических исследований (изотопия химических элементов, абсолютная геохронология), включая и изучение эволюции химического состава верхних оболочек Земли, являются горные породы изверженного и метаморфического происхождения.
Определение времени формирования магматических и метаморфических пород в абсолютном летоисчислении, а также истинного возраста тектонических процессов и этапов рудогенеза может быть основано только на фактах, полученных в результате совместного детального петрологического, радиологического изучения горных пород и слагающих их минеральных фаз.
Вместе с тем современные тонкие методы изучения вещества, особенно связанные с явлением естественного радиоактивного распада ряда элементов, выдвигают совершенно новые перспективы перед геологией вообще и перед петрологией в частности. С этим связано в известной мере решение проблемы источников энергии для недалекого будущего, когда такое ценное минеральное сырье, как нефть, газ п уголь, станет нецелесообразным расходовать па энергетические цели.
Радиоактивный распад — один из вероятных источников накопления энергии в земных недрах, периодически проявляющийся в тектонических и магматических процессах. Отсюда ясно значение сочетания методов радиогеологии и петрологии; объект изучения общин, а методы дополняют друг друга.
Нельзя забывать также, что с магматизмом существенным образом связан тепловой режим земной коры, и, следовательно, задача практического использования глубинного тепла Земли для энергетических целей (геотермия) не может разрешаться без достаточного знания магматизма земной коры. Следует отметить, что в связи с выявлением перспектив использования глубинного тепла различные ведомства п научные учреждения намечают в ближайшем будущем систематическое изучение, разбуривание и широкое освоение для народного хозяйства источников глубинного тепла.
На современном этапе развития паук о Земле петрология в тесном единении с радиогеологией в состоянии внести существенный вклад в разрешение таких актуальных научных проблем, как: 1) состав, строение и развитие земной коры, 2) происхождение и размещение эндогенных полезных ископаемых и практическое использование глубинного тепла Земли.
Магматический и рудный процессы как проявления эндогенной эволюции вещества земной коры и верхней мантии тесно связаны между собой. Магматический процесс, тесно связанный с глубинной генерацией тепла, лежит в основе эндогенной эволюции всего вещества земной коры и верхней мантии и в конечном итоге контролирует закономерности распределения и образования эндогенных рудных месторождений. Поэтому для познания эндогенных рудных тел следует прежде всего изучать первичное явление — магматизм, обусловливающий рудогенез и в какой-то мере термический режим земной коры.
В тесной связи с изучением магматической геологии и глубинного строения земной коры находятся и специальные исследования по радиогеологии, задачей которых является решение петрогенетических и металлогенических вопросов, а также создание геохронологической шкалы в абсолютном летоисчислении. Исследования такого комплексного типа проводятся в ИГЕМ АН СССР в содружестве с республиканскими академиями и во многих других научных учреждениях страны.
Как крупное достижение отечественной радиогеологии нельзя не отметить получение новых данных по датированию горных пород и рудо-проявлений, а также упорядочение цифрового материала, накопленного геохронологическими лабораториями мира, па основе унифицированных констант распада радиоактивных элементов. Это позволило в 1964 г. уточнить и детализировать геохронологическую шкалу постдокембрия. При этом было выявлено почти абсолютное тождество последокембрийских геохронологических шкал, созданных в Советском Союзе и за рубежом (США, Англия). Так как датировка геологических рубежей в большинстве случаев проводится по минералам изверженных пород, внедряющихся в связи с тектоническими процессами, то появившаяся перспектива создания единой мировой геохронологической шкалы свидетельствует о близкой синхронности (в абсолютном летоисчислении) геологических явлений в планетарном масштабе.
В частности, для силурийско-девонского этапа многих районов мира характерно формирование специфичных по составу серий магматогенных изверженных пород и сопровождающих их рудных проявлений. К последним относятся, например, медноколчеданные руды Северной Европы, Англии, Урала, Северного Кавказа. Возраст медноколчеданных руд Урала (среднее из данных по 35 месторождениям) — 362 млн. лет. Близкий возраст имеют колчеданы Северного Кавказа.
В течение второй половины карбона и нижней перми происходит формирование серии магматических пород иного типа, завершающейся развитием «редкометальных» аляскитовых интрузий. Они известны в Англии, Средней Европе, на Урале, в Казахстане и других районах мира. Время формирования этой серии охватывает промежуток 310—250 млн. лет.
Оловянные руды мелового возраста — производные заключительных этапов магматизма — формировались во многих горнорудных районах в отрезке времени 140—90 млн. лет. Оловянно-вольфрамовые месторождения Восточного Забайкалья имеют возраст 130—120 млн. лет. Возраст оловянных и оловянно-вольфрамовых месторождений Северо-Востока бывш. СССР — 120—90 млн. лет, оловянных руд Дальнего Востока (Тихоокеанский рудный пояс) — 105—90 млн. лет.
Благодаря тесному сочетанию радиогеологических и петрологических исследований начинают вырисовываться и другие закономерности развития магматизма, присущие большим территориям.
Материалы Урала, Казахстана, некоторых срединных массивов Кавказской складчатой области позволяют выделить близкосинхронные ассоциации гранитоидных комплексов доверхнедевонского возраста, с общей спецификой минералогического и химического составов.
Характерная особенность их минералогии — развитие магматического кали-натриевого полевого шпата в виде ортоклаза и натриевого ортоклаза.
Большой общий интерес представляет выявленная особенность магматизма средне-верхнедевонского возраста — развитие субщелочных и щелочных проявлений основной, до ультрабазитовой, магмы. Такие специфичные проявления магматизма в эффузивной и субинтрузивной фации выявлены сейчас в составе девонского разреза древних складчатых областей зоны Передового хребта Северного Кавказа, по-видимому, также Урала и Казахстана. Кроме того, имеются данные о развитии щелочных диабазов среди девонских слоев платформенных участков.
В свете накопленных фактов может быть поставлен вопрос о выявлении зависимости девонского бокситонакопления в водных бассейнах, с выветриванием и денудацией таких специфических магматических комплексов, как средне-верхнедевонские субщелочные габброиды и диабазы.
Эти частично приведенные результаты свидетельствуют, что геологическое развитие земной коры происходит закономерно и что с отдельными геологическими эпохами связаны специфические магматические комплексы и ассоциирующаяся с ними минерализация. Такой вывод имеет значение для прогнозной оценки отдельных территорий.
Нельзя забывать также, что многие горные породы уже сейчас являются ценными полезными ископаемыми, каковы, например, нефелиновые сиениты, перлиты и т. д. Другие являются источником непосредственной добычи из них ряда ценных руд, например редких элементов, керамического сырья, агроруд и минеральных добавок в почвы и т. д.
Всемерное развитие химической промышленности ведет к резкому расширению комплекса горных пород, используемых в промышленности и в сельском хозяйстве. Одной из важнейших задач современной петрографии, совместно с технологическими институтами, является изучение методов экономически выгодного использования этих горных пород, а также возможности концентрации в них обычно рассеянных, практически ценных элементов и минералов. Значение этой группы горных пород — полезных ископаемых — в недалеком будущем, по-видимому, еще более возрастет.
В настоящее время петрографическими и радиологическими исследованиями занимаются многочисленные научно-исследовательские учреждения AН СССР, республиканских академий паук и Госгеолкома. Ho ни в одном из учреждений не обеспечена возможность постановки решающего комплекса геолого-петрографических, радиологических, физико-механических, геофизических, геотермических и экспериментальных исследований, необходимых для изучения магматизма. Таким образом, петрология и радиогеология, изучающие магматизм и связанные с ним процессы рудогенеза, лишены объединяющей научно-исследовательской базы, необходимой для успешного развития научных и научно-организационных мероприятий в масштабе страны. Особенно существенным недостатком является недостаточность экспериментальных исследований, что ведет к снижению теоретического уровня исследований в стране по магматизму.
Имеются попытки компенсировать недостаточность экспериментальных исследований термодинамическим моделированием природных процессов на основе рассмотрения предельных случаев равновесного состояния минеральных парагенезисов. Однако без эксперимента и однозначного природного фактического материала делаемые отсюда выводы могут в ряде случаев облегчить интерпретацию лишь с определенных позиций наблюдаемых фактов.
Все это свидетельствует о необходимости создания специализированного научного центра по проблемам магматизма, радиогеологии и рудогенеза, который должен обеспечить решение крупных задач теории и практики, связанных с комплексным изучением вещества земной коры и верхней мантии, представленных закономерными ассоциациями изверженных горных пород.
Конкретными задачами теоретического и практического значения, требующими разрешения в связи с изучением магматизма нашей планеты, являются:
Проблема I. Магматизм и связь с ним полезных ископаемых в целях разработки научных основ прогнозирования, включая изучение магматизма для познания особенностей геотермического режима Земли.
Проблема II. Магматизм как индикатор состава и эволюции земной коры и верхней мантии.
Проблема III. Экспериментально-методические исследования.
Внутри этой основной проблемы необходимы исследования по разделам:
1) природные ассоциации изверженных горных пород, их металлоносность и эволюция в пространстве и за время геологической истории планеты;
2) металлогеническая специализация формаций изверженных пород в зависимости от тектоно-структурных, провинциальных и временных факторов;
3) критерии потенциальной рудоносности магматических тел и геологические условия, благоприятствующие образованию месторождений;
4) горные породы как полезные ископаемые;
5) развитие магматизма конкретных геологических районов, скоррелированное с данными геофизики, абсолютной геохронологии, геотермии и специфики геохимических черт, включая радиоактивные элементы;
6) специфика вулканического процесса в геологической истории земной коры на примере отдельных регионов, включая значение вулканизма для геотермического режима;
7) магматизм мезозоя—кайнозоя континентов, дна океанов и океанических островов;
8) развитие методических и экспериментальных исследований в области радиогеологии: а) повышение точности и чувствительности радиологических изменений; б) экспериментальное изучение причин и условий нарушения равновесных отношений радиоактивных элементов и их продуктов распада на природных объектах; в) методические исследования по изучению изотопов свинца, стронция, серы, кислорода в родственных сериях изверженных пород с их рудными и метаморфогенными производными с целью решения проблем петро- и рудогенезиса;
9) методические и экспериментальные исследования в области петрогенезиса и свойств горных пород и минералов: а) экспериментальное изучение многокомпонентных силикатных систем с летучими при разных давлениях и температурах; б) изучение кинетики процессов минералообразования; в) моделирование процессов замещения минералов в природных объектах компонентами растворов при низких и средних температурах; г) широкое применение в практике петрографических исследований оптической, рентгеновской, электронной и инфракрасной микроскопии, спектрометров, электронного и ядерного магнитного резонанса, квантометров и других приборов с целью познания эволюции структуры и состава породообразующих минералов, свидетельствующих о происхождении и метаморфизме горных пород; д) систематическое исследование упругих свойств, пористости, теплопроводности, а также магнитных и электрических свойств горных пород и минералов из конкретных геологических обстановок при разных давлениях и температурах (давление до 15 000 ат, температура до 700°); существенным является также изучение физико-механических свойств горных пород с целью выявления условий локализации полезных ископаемых.
Весь этот комплекс исследований, без проведения которого невозможны правильная интерпретация геофизических данных, а следовательно, и создание теории о составе и строении земной коры и верхней мантии, а также создание современной теории рудообразования, должен быть организационно обеспечен и осуществлен в полном объеме, на надлежащей лабораторно-экспериментальной базе.