Структурно-петрофизические условия локализации раннепротерозойских пегматитовых и магматических месторождений северо-восточной части Балтийского щита

Введение.

Актуальность исследований. Проблема влияния физико-механических свойств пород на локализацию месторождений полезных ископаемых относится к числу актуальных проблем не только геологии рудных месторождений, но и структурной геологии, особенно для древних докембрийских рудоносных кратонов. Опыт структурно-петрофизического изучения раннепротерозойских рудных месторождений Балтийского щита показывает, что целевые исследования позволяют определить роль физико-механических свойств метаморфических пород, как в формировании рудоносных структур, так и их дальнейшем преобразовании в ходе геологической истории. Полигоном для разработки методологии структурно-петрофизического изучения докембрийских метаморфических комплексов в связи с их рудоносностью, стала северо-восточная часть Балтийского щита, в которой находятся разнородные раннепротерозойские (2.5-1.8 млрд. лет) месторождения. Они сформировались в одну эпоху рудообразования, в ходе которой в метаморфических архейских и протерозойских породах локализовались пегматитовые Чупино-Лоухского и магматические медно-никелевые месторождения Печенгского рудных районов.

Цель и задачи исследований. Основная цель выполненных исследований состояла в изучении структурно-петрофизических характеристик вмещающих пород как индикаторов раннепротерозойских тектонических, магматических и метаморфических процессов, определивших формирование пегматитоносных структур и локализацию медно-никелевых месторождений северо-восточной части Балтийского щита. При этом решались следующие задачи: 1) петрофизическая характеристика пегматитоносных складчатых структур и условий локализации жил мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского района; 2) корреляция петрофизических параметров пород разреза Кольской сверхглубокой скважины и опорного профиля на поверхности в Печенгском рудном районе; 3) сопоставление петрофизических параметров метаморфических архейских пород на глубоких горизонтах СГ-3 и на поверхности; 4) разработка интегральной объемной геодинамической модели Печенгского рудного района; 5) выявление структурно-петрофизических условий локализации медно- никелевых месторождений Печенгского рудного поля и их преобразование тектоно- метаморфическими процессами.

Фактический материал. В основе диссертации и использованных в ней методических подходов лежат материалы, собранные диссертантом и сотрудниками тематической группы ИГЕМ РАН с 1974 по 2006 гг. в ходе изучения Кольской сверхглубокой скважины и полевых исследований раннепротерозойских пегматитовых месторождений Чупино-Лоухского района и магматических медно-никелевых месторождений Печенгского рудного района.

В процессе работы изучено около 12000 образцов пород и руд с определением их петрофизических параметров, а также петрологической характеристикой, построено 6000 объемных петрофизических диаграмм Vp, задокументировано более 36000 м керна скважин, в том числе СГ-3, и 10000 м горных выработок на месторождениях. Все образцы пород и руд были отобраны, изучены в лабораторных условиях на одних и тех же приборах по методике структурно-петрофизического анализа, а результаты проинтерпретированы одними и теми же исследователями. В работе использованы петрофизические данные полученные автором самостоятельно и совместно с другими исследователями тематической группы.

Защищаемые положения. В соответствии с поставленными задачами в диссертации обосновываются следующие защищаемые положения:

1. Разработана методология структурно-петрофизического изучения метаморфических пород и руд с использованием плотности, характеризующей литологический состав пород, и коэффициента объемной анизотропии упругих волн, отражающего интенсивность тектонических деформаций синхронных с метаморфизмом. Метод апробирован при изучении Кольской сверхглубокой скважины и поверхностных структур Чупино-Лоухского и Печенгского рудных районов.

2. Закономерности локализации мусковитовых пегматитов в складчатых структурах и зонах вторичного рассланцевания в Чупино-Лоухском слюдоносном районе обусловлены высокой анизотропией упругих свойств и пластическими деформациями глиноземистых гнейсов продуктивных горизонтов чупинской свиты беломорского комплекса на свекофеннском этапе тектономагматической активизации.

3. Корреляция и формализация разреза Кольской сверхглубокой скважины и опорного наземного 120-километрового профиля по петрофизическим параметрам пород в Печенгском рудном районе является основой интегральной геодинамической модели глубинного строения этого района до глубины 15 км.

4. Продуктивная толща северопеченгской серии, в которой сосредоточены раннепротерозойские никеленосные габбро-верлитовые интрузии и крупные медно- никелевые месторождения Печенгского рудного поля, обладает четко выраженной гетерогенностью по физико-механическим свойствам пород. Богатые сульфидные медно- никелевые руды связаны с синметаморфическими зонами рассланцевания, возникшими на коллизионном этапе развития карелид и характеризующимися максимальными значениями анизотропии Vp для пород.

5. Петрофизические данные по опорным образцам керна из архейской части разреза СГ-3 и их аналогам на поверхности свидетельствуют о том, что на глубинах 8-12 км выявлены блоки пород аналогичного минерального состава со сходными параметрами плотностей, скоростей Vp и Vs. Аномально высокие значения пористости и объемной анизотропии Vp в этих породах обусловлены технологическими факторами.

Научная новизна.

1. Разработанный диссертантом модернизированный вариант структурно- петрофизического метода впервые был применен для изучения докембрийских метаморфических пород Балтийского щита.

2. Получены оригинальные структурно-петрофизические данные об условиях локализации раннепротерозойских месторождений мусковитовых пегматитов Северной Карелии.

3. Проведена корреляции пород по разрезу СГ-3 и опорному профилю на поверхности по формализованным характеристикам с применением компьютерных технологий, на основе которых разработана интегральная модель глубинного строения Печенгского рудного района, которая объясняет условия локализации медно-никелевых руд на месторождениях Печенгского рудного поля.

Практическое значение. Изложенные в диссертации и публикациях диссертанта результаты могут служить основой для определения условий локализации пегматитовых и магматических месторождений северо-восточной части Балтийского щита и прогноза перспективных участков. Петрофизическая корреляция пород на глубоких горизонтах континентальной земной коры и поверхности предложена как новое направление в разработках интегральных геодинамических моделей глубинного строения рудных районов и выяснения геологической природы сейсмических границ.

Апробация результатов исследований. Результаты исследований были представлены на 27 международных совещаниях: 29, 30 и 32 Международных геологических конгрессах (Киото, Япония, 1992; Пекин, Китай, 1996; Флоренция, Италия, 2004), 2-8 конференциях <Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле> (Москва, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007; Дубна, 2004; Борок, 2006), 9-11 конференциях ассоциации по математической геологии (Портсмут, Англия, 2003; Торонто, Канада, 2005; Льеж, Бельгия, 2006), 4 и 5 Европейских конгрессах по региональной геологической картографии и информационным системам (Болонья, Италия, 2003; Барселона, Испания, 2006), Канадского геологического и минералогического обществ (Галифакс, Канада, 2005), а также на 20 Всесоюзных и Всероссийских совещаниях, таких как <Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии> (Новосибирск, 1982), <Петрофизика рудных месторождений> (Ленинград, 1990), <Изотопное датирование процессов рудообразования, магматизма, осадконакопления и метаморфизма> (Москва, 2006), <Геодинамика, магматизм, седиментогенез и минерагения северо-запада России>. (Петрозаводск, 2007) и других. Конкретная информация содержится в прилагаемом списке опубликованных работ.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались в ходе проведения исследований и на совещаниях по проекту МПГК N 408 <Сравнение состава, структуры и физических свойств пород и минералов по разрезу Кольской сверхглубокой скважины и их гомологов на земной поверхности> (руководители Ф.П.Митрофанов, Д.М.Губерман, И.Кюмпель) (Апатиты, Заполярный, 1998, 1999, 2002; Прага, Чехия, 2000; Виндишэшенбах, Германия, 2001).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 70 научных работ, включая 8 разделов в 7 коллективных монографиях, 17 статей в сборниках научных работ, 14 статей в рецензируемых отечественных журналах, 13 статей в международных журналах и сборниках.

Благодарности. На протяжении 30 лет диссертант работал в составе тематической группы ИГЕМ РАН по изучению процессов рудообразования по материалам сверхглубокого бурения, а затем изучению глубинного строения и геодинамики рудных районов, и выражает глубокую благодарность ее руководителю В.И.Казанскому и сотрудникам Б.П.Беликову, А.Д.Генкину, А.А.Глаголеву, А.В.Кузнецову, В.Л.Русинову, А.А.Филимоновой, А.В.Жарикову, И.А.Чижовой.

Кафедре геологии и геохимии полезных ископаемых Геологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, где диссертантом проводились все лабораторные исследования, и ее заведующему В.И.Старостину.

Кольская экспедиция сверхглубокого бурения НПО <Недра> - Д.М.Губерману, В.С.Ланеву, Ю.П.Смирнову, Ю.Н.Яковлеву. ВНИИгеосистем - О.Л.Кузнецову, Е.Н.Черемисиной, Н.Н.Пимановой. Исследования по геофизике и петрофизике - Н.В.Шарову, Э.В.Исаниной, Ю.И.Кузнецову, В.В.Кочегуре, А.А.Пэку, В.А.Тюремнову, Ф.Ф.Горбацевичу, А.Н.Никитину, А.В.Савицкому, М.З.Абдрахимову.

Изучение месторождений: мусковитовых пегматитов Чупино-Лоухского района - К.А.Шуркину, М.Е.Салье, В.Л.Дуку, Т.Ф.Зингер, Е.П.Чуйкиной, А.И.Драванту; медно- никелевых руд Печенгского рудного района - Г.И.Горбунову, С.В.Соколову, В.В.Дистлеру, Т.Л.Гроховской, В.Ф.Смолькину. Общие проблемы изучения рудных месторождений Балтийского щита - Н.П.Лаверову, Ф.П.Митрофанову, Д.В.Рундквисту, О.А. Богатикову, Ю.Г.Сафонову, С.И. Рыбакову, Е.В.Шаркову.

Диссертант выражает признательность своим коллегам за совместные полевые работы и лабораторные исследования: В.В.Астафьеву, Л.П.Гордиенко, Ю.П.Богачеву, А.В.Липаевой, И.К.Мызникову, С.С.Наумову, Ю.И.Самоварову, М.В.Чичерову, без помощи которых выполнение этой работы было бы невозможно.