Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4

Слоистость выражена вариациями размерности обломков, состава цементирующей

массы и обломков, реже ориентировкой последних. Сортированность материала

обычно хорошая. Окатанность обломков широко варьирует, чаще они угловатые и

слабоокатанные.В обломочном материале — Кристаллокласты плагиоклаза,

кварца, клинопироксена, а также обломки пород, ранее описанных в составе

крупных литокластов. Цемент большей частью — соприкасания, реже поровый,

гидрохимический. Содержит пелитоморфное бурое вещество, глинистые минералы,

пренит, хлорит, карбонат, кварц, альбит, пумпеллиит, эпидот, сфен, серицит,

рудные минералы, углистое вещество. Для пород первого уровня характерна

хорошая сортированность материала, преобладание алевролитовых и пелито-

алевритовых разностей. Для второго уровня — меньшая сортированность

обломков, обилие кристаллокластов плагиоклаза. Третий уровень

характеризуется обилием алевритового материала, высоким содержанием в нем

углистого вещества (до 1,5 %) и сульфидов (до 4 %), придающих породам

отдельных слоев черную окраску, большим количеством обломков кислых

эффузивов и метасоматитов. По границам слоев и в прослойках черных

алевролитов встречаются скопления мелких кристаллов пирита, халькопирита,

пирротина.

Интрузивные породы. Среди интрузивных пород могут быть выделены две

группы. Породы одной из них — базальты и андезибазальты, встречающиеся

преимущественно в верхних 1000 м разреза, по вещественно-структурным

особенностям и, вероятно, по возрасту близки к лавам. Другая группа —

меланобазальты и микродиориты — не имеют аналогов среди вулканических пород

и являются, вероятно, более глубинными и более молодыми, чем

субвулканические базальты и андезибазальты.

Базальты и андезибазальты. Породы, как правило, имеют отчетливую

порфировую структуру и различаются главным образом по составу, количеству и

размерам вкрапленников. Выделяются разновидности, слагающие обособленные

тела, со следующими парагенезами вкрапленников:

1. PI (20—35 %) — СРх (10—15 %) — ОРх (10—15 %), преобладающий размер

вкрапленников 0,2—0,8 мм (49,9—88 м, обр. 48—202; 695—700 м, обр.

4544—4570);

2. СРх (20—30 %) — ОРх (10 %) — PI (5 %), размер 0,5— 1 мм (79—84 м,

обр. 135—183);

3. PI (25—30 %) — 01? (5 %) — P1 (5 %), размер 1—6 мм (384—395,5 м,

обр. 2478—2527, 2534—2546);

4. pi (40—60 %) — СРх (10—20 %), размер 0,5—2 мм (922,6— 942,5 м, обр.

6124—6238);

5. P1 (10—15 %) — СРх (3—5 %), размер до 6 мм (1023— 1025 м, обр.

6763—6781; 2830,6—2833,2 м, обр. 17384—17391);

6. СРх (20 %) — 01 + ОРх (5—7 %) — P1 (5 %), размер до 1 мм

(3712,5—3116,1 м, обр. 22753—22792).

В самостоятельную разновидность могут быть выделены афировые базальты,

слагающие ряд секущих тел внутри третьей (сверху) пачки лав (в интервале

глубин 264,8—384 м, обр. 1692, 1747—1772, 2010, 2048 и др.) Изредка в этих

породах встречаются вкрапленники клинопироксена размером до 1—4 мм,

характерны мелкие миндалины хлорита.

Основная масса пород в разных телах и разных частях одного тела имеет

неодинаковую степень раскристаллизации, структура ее меняется от

гиалопилитовой до полнокристаллической призматически-зернистой. Основная

масса состоит из удлиненных кристаллов плагиоклаза и клинопироксена и

переменных количеств полностью замещенного вторичными минералами

мезостазиса. В разновидностях 3,4 и 5 плагиоклаз заметно преобладает над

пироксеном, в других разновидностях объемы их близки. Рудные минералы

группы магнетита—титаномагнетита выделяются в виде мелких кристаллов (часто

включенных во вкрапленники оливина или ортопироксена), а также скелетных

дендритоподобных кристаллов и пылевидных скоплений. В разновидностях 2 и 6

встречаются единичные зерна хромшпинелида, включенные во вкрапленники

темноцветных минералов.

Во всех породах плагиоклаз альбитизирован, соссюритизирован, замещен

частично пренитом, по оливину и ортопироксену образованы полные

псевдоморфозы хлорита и карбоната. В основной массе развиваются пренит,

кварц, кальцит, пумпеллиит.

Меланобазальты встречаются на протяжении всего разреза СГС-4 в виде

секущих тел мощностью до 8,7 м. В качестве особой их разновидности могут

быть выделены лампрофироподобные меланобазальты, встреченные в обломках

(возможно, «хвост» дайки) на глубине 3125,6 (обр. 19063—19065) и 3621 м

(обр. 21922), а также в дайках.

Меланобазальты имеют обычно хорошо выраженную порфировую структуру.

Вкрапленники составляют до 30—35 % объема породы и представлены

клинопироксеном (20—25 %) и полными псевдоморфозами по оливину (5—10 %).

Кристаллы клинопироксена имеют размер до 6 мм, короткопризматическую форму,

часто зональны и полисинтетически сдвойникованы. Псевдоморфозы по оливину

также короткопризматические, иногда бочонковидные, размером не более 2—3

мм. Они сложены хлоритом или карбонатом, реже (полностью или только в

центре зерен) кварцем. Изредка встречаются микровкрапленники

соссюритизированного плагиоклаза.

Основная масса пород имеет в центральных частях тела меланобазальтов

структуру, близкую к призматически-зернистой, а в краевых частях — от

интерсертальной до гиалопилитовой. Она состоит из зерен (размером 0,05—0,1

мм) клинопироксена изометричной или короткостолбчатой формы (20—35 %),

альбитизированного и соссюритизированного плагиоклаза (15—21 %), амфибола

(5—7 %), рудного минерала из группы титаномагнетита—магнетита

(3—5 %). Встречаются редкие зерна хромшпинелида, обычно внутри псевдоморфоз

по оливину. Интерстиции заполнены тонкочешуйчатым хлоритом (40—55 %).

Редкие миндалины размером 0,3—0,7 мм (5—7 % объема породы) сложены пренитом

и хлоритом, вокруг миндалин развиваются мелкие зернышки амфибола.

Лампрофироподобные меланобазальты отличаются от описанных выше

присутствием до 15—20 % амфибола, меньшим размером вкрапленников (не более

1 мм).

Микродиориты образуют достаточно мощные тела на разных глубинах.

Структура их гипидиаморфнозернистая, призматически-зернистая, на глубинах

ниже 3450 м неотчетливо порфировидная за счет вкрапленников клинопироксена

размером до 2 мм. Главные минералы — альбитизированный плагиоклаз (часто по

нему развиваются также эпидот, карбонат, хлорит, пренит) таблитчатой,

брусковидной формы, размером 0,2—0,8 мм (60—80 %) и роговая обманка

размером 0,1—0,6 мм (10—15 %). В породе также присутствуют хлорит, частично

развивающийся по роговой обманке и, возможно, по биотиту (?) или

заполняющий интерстиции; биотит (0—3 %); кварц — от единичных зерен до 4—7

%; клинопироксен (до 5 %) с развивающимися по нему эпидотом, карбонатом,

кварцем; рудный минерал (до 4 %); апатит (до 1 %) в виде призматических и

игольчатых кристаллов.

По петрографическим и петрохимическим данным состав вулканитов в

.пределах первых трех толщ до глубины 3487 м преимущественно базальтовый

(62 %), менее распространены андезибазальты (32%) и андезиты (6%). В

интервалах вскрытия флишоидной толщи (3487—4064 м) состав пород довольно

резко меняется на андезидацитовый (вплоть до риодацитов). По суммарной

щелочности преобладают вулканиты нормального ряда, на долю субщелочных

приходится третья часть проанализированных образцов. По типу щелочности в

равной мере развиты как калиевые, так и калиево-натриевые разности.

Большинство пород (63%) известково-щелочной серии, остальные — толеитовой.

При анализе изменчивости с глубиной содержаний породообразующих оксидов

и отдельных элементов, с одной стороны, устанавливается незакономерный

характер изменения их концентраций как свидетельство быстро меняющихся

условий формирования комплексов со сложным сочетанием вулканических и

осадочных процессов, придающих разрезу некоторые черты «мусорности». С

другой стороны, колебания содержаний некоторых оксидов, особенно в их

сочетании, груборитмичные и, вероятно, отражают эволюцию локальных

магматических очагов, питающих вулканы в районе СГ-4.

За исключением близости составов эффузивной (0—430 м) и верхней

подтолщи вулканокластических толщ (430—1873 м), остальные подразделения

разреза петрохимически существенно различаются. При этом наибольшие

аномалии химического состава свойственны интервалу флишоидной толщи.

В целом по петрохимическим данным устанавливаются умеренно слабая

степень дифференцированности развитых во вскрытой части разреза СГ-4

вулканитов и принадлежность их к островодужным комплексам, отличающихся от

современных аналогов последних преобладанием базальтов, более высокой общей

щелочностью, повышенными концентрациями Сг, Со, Ni, V, Sr.

Минералого-петрографическим анализом метаморфических ассоциаций

установлено, что в пределах всего вскрытого разреза породы претерпели

.метаморфизм пренит-пумпеллитовой фации. При этом степень метаморфизма

постепенно нарастала с глубиной и по ряду признаков, наблюдаемых в нижней

части разреза (исчезновение с глубины 3400 м пумпеллиита, уменьшение доли

пренита), можно ожидать скорое вхождение скважины в область развития

зеленосланцевой фации метаморфизма. Более подробно особенности

метаморфических преобразований в пределах вскрытого СГ-4 разреза

рассмотрены в работе И. В. Викентьева и др., где сделан вывод о протекании

этого процесса в условиях невысокого палеоградиента (до 20 °С на 1 км) и

температуры не выше 250 °С.

С долей условности можно выделить несколько типов рудной минерализации,

среди которых наиболее интересны послойные и кластогенные проявления.

Послойная сульфидная минерализация наиболее проявлена в нижней

вулканогенно-осадочной части разреза (2640—4064 м) в интервалах развития

ритмично-слоистых пород, тяготея к верхам ритмов, сложенных

туфоалевролитами и туфопесчаниками. Она представлена пиритом, в т. ч.

фрамбоидальным, халькопиритом, борнитом, блеклыми рудами, сфалеритом. Одна

из наиболее заметных сульфидосодержащих зон пересечена скважиной в

интервале 3160—3270 м.

Кластогенный тип представлен преимущественно пиритом и гематитом, в

различной степени насыщающих измененные обломки в составе вулканоген-ных

пород разреза. Часть из них, образована в прижерловых условиях и

характеризуется развитием рудных минералов в периферической части обломков,

другая часть—рудокласты, представляющие разбитые фрагменты

сульфидосодержащих пород, привнесенные из других мест локализации.

Другие типы рудной минерализации имеют подчиненное значение. Они

представлены, как правило, вкрапленностью пирита, гематита, халькопирита,

пирротина, реже сфалерита, галенита и др., пространственно тяготеющей к

приконтактовым частям дайковых тел и зонам гидротермальных изменений.

Установлен ряд других особенностей и закономерностей распределения

рудных минералов в разрезе СГ-4, среди которых особого упоминания

заслуживает факт существенного увеличения в нижней части разреза, с глубины

3400 м, количества пирротина при соответствующем уменьшении доли пирита,

что хорошо согласуется с нарастанием степени метаморфизма вниз по разрезу,

и таким образом устанавливает взаимосвязь элементов метаморфической и

рудной зональностей.

Среди исследований СГ-4 и района ее бурения нет единства в оценке

выявленной в разрезе СГ-4 рудной минерализации. По мнению одних, она

относится к медно-цинковоколчеданному типу и близка по составу к рудам

Кабанских месторождений, расположенных западнее СГ-4, что можно

рассматривать как свидетельство в пользу расширения пространственных и

временных рамок продуктивного колчеданообразования. По мнению других,

доказательств для такого заключения еще недостаточно. Во всяком случае нет

сомнения, что получена ценная и уникальная информация по характеру и

особенностям локализации рудной минерализации, существо которой предстоит

окончательно выяснить в процессе дальнейших исследований при углублении СГ-

4.

Скважиной встречено несколько зон тектонических нарушений (580—620 м,

1470—1500 м, 2495—2505 м, 3480— 3560 м) и разной степени трещиноватости

пород. При этом, несмотря на целенаправленные поиски, пока не получено

сколько нибудь убедительных фактов в пользу тектонического сдваивания,

существенного разобщения той или иной части разреза. Напротив, крепнет

уверенность в его непрерывности.

Стратиграфическая и формационная принадлежность всего вскрытого разреза

и его отдельных частей проблематична и находится в стадии активного

изучения и обсуждения. Пока достаточно надежно устанавливается возрастная

принадлежность разреза глубже 3 км. Здесь в образцах кремнистых алевролитов

интервала 3070—3716 м, отобранных специалистами УГСЭ ПГО «Уралгеология» и

ИГ БНЦ АН СССР, идентифицированы разности радиолярий, характерные для Sil2-

3. К.С.Ивановым и другими исследователями (ИГИГ УрО АН СССР) в интервале

3520—3885 м выделены и изучены комплексы конодонтов и хитинозой,

позволяющие отнести его к пограничным слоям лландовери и венлока. Таким

образом, находит подтверждение принятая предшественниками схема возрастного

расчленения вулканогенно-осадочных отложений района СГ-4.

Неожиданные результаты получены Ю. Е. Дмитровской (КамНИИКИГС) и А. Д.

Архангельской (ВНИГНИ) при исследовании препаратов из мдцератов образцов

туфоалевролитов интервала 1918,6—1983,9 м, где были обнаружены неполные

спектры спор, характерные для нижней части франского яруса верхнего девона.

Эти данные нуждаются в тщательной проверке, для чего в районе СГ-4 начаты

специальные исследования по ревизии известных находок фауны.

6. Результаты геофизических исследований

Бурение СГ-4 сопровождается обширным комплексом геофизических

исследований, включающим 28 методов электрического, сейсмоакустического,

ядерно-физического, магнитного, термического, газового и технико-

технологического каротажа. Существенных аномалий по результатам проведенных

исследований не выявлено. Результаты ГИС наряду с литолого-

петрографическими признаками использованы при расчленении разреза на слои,

пачки, толщи.

По ряду физических параметров, зафиксированных геофизическими

исследованиями ствола и петрофизическими исследованиями керна, разрез

дифференцирован в разной степени, что определяется особенностями

вещественного состава слагающих его образований,.различиями в степени их

тектонической и метаморфической переработки,. а также сложнонапряженным

состоянием околоствольного массива.

После 10-месячного перерыва в бурении, обусловленного перемонтажом

буровой установки, на глубине 3853 м установлена температура 60 °С, что

отвечает среднему значению геотермического градиента 1,5 °С на 100 м, и

согласуется с особенностями поля данной части Урала, характеризующейся

низким значением теплового потока.

По результатам измерений плотности образцов керна СГ-4 хорошо видны

вариации состава вулканитов разреза, в т.ч. обнаруживаются ритмы

направленных изменений этих параметров. На глубине 4000—2400 м такой ритм

четко антидромный — вверх очень плавно растут плотности и основность

вулканитов от риодацитового внизу ритма (2,65—2,75 г/см) до базальтового

2,85—2,95 г/cм, что независимо подтверждается и данными геохимического

опробования, а также согласованным нарастанием вверх на протяжении тех же

1600 м фоновой намагниченности пород (рис. 5).

На детальном разрезе плотностных вариаций четко устанавливается также

положение контакта силицитов низов именновского комплекса и залегающих ниже

внешне сходных алевропелитов кабанского комплекса: ему соответствует

скачкообразное возрастание плотностей (состав сменяется вниз на

базальтоидный). При этом в нижней (1 м) базальной части флишоидной толши

плотности тех же силицитов, как оказалось, вниз с приближением к контакту

прогрессивно возрастают, что обусловлено появлением во все большем

количестве терригенной примеси материала размыва пород мафического

основания. Это одно из объективных обоснований нормальной седиментационной

природы данного контакта — двух формаций двух стадий геодинамического цикла

— офиолнтовой и постофиолитовой.

Породы по стволу СГ-4 в основном слабо намагничены. Выделяются на таком

фоне различные дайки и интервалы по 5—30 м грубой пирокластики

околожерловых фаций. Последние выделяются в отличие от других туфов также

обилием вулканических бомб и вишневых окисленных шлаковых ла-пиллей (инт.

1280-1315; 1986-2007; 2398-2460; 2494-2497 м и др.).

Приведенный на (рис. 5) скоростной разрез по СГ-4 показывает

увеличение скоростей с глубиной: от 6 км/с вверху до 6,4 км/с ниже. Данные

ВСП В.А.Силаева по стволу СГ-4 в деталях несколько иные. Сопоставления их с

геологией показали, что в вариациях Vp значимы два фактора: состав пород —

основной и средний (повышенные до 6,2—6,55 км/с) или же кислый — более

низкие скоростные параметры (5,6—5,8 км/с). Усложняет картину резкими

«провалами» в графике скоростей второй фактор — вариации степени

тектонической нарушенности разреза. Вероятно, основная роль в этом

принадлежит мелкой объемной трешиноватости, поскольку тектонические швы с

более выраженной нарушенностью пород, но небольшой 2—5 м видимой мощностью

(1918 м, 2506—2510 м и др.) в разных вариантах скоростного разреза ВСП не

всегда проявляются. В основном же выделяются целики с максимальными для

данного состав пород скоростями на протяжении до 600 м. С вариациями

литологии корреляции нет (массивные туфы чередуются с пачками песчаных

тефроидов того же и близкого составов), как и с вариациями состава от

базальтового до андезитового. При этом плотности всех этих пород варьируют

слабо — обычно от 2,82 до 2,88 г/см. Причина тому нивелирующее влияние

повсеместного развития в туфовом материале метаморфогенной хлорит-

пренитэпидотовой цементации. Она мало изменяет валовый состав пород ,но

сильно уменьшает их пористость (4-5% против 15-20% в кайнотипных базальтах,

например. Камчатки) и повышает соответственно физические параметры

плотности и, что особо важно, скоростные характеристики, создавая

совершенно иную физическую среду по сравнению с молодыми вулканическими

областями, где Vp в базальтовых разрезах мощностью до 5 км составляют

4,5—5,5 км/с (по Тюменской и Саатлинской сверхглубоким скважинам, на

Камчатке, в Исландии). По данным профилей МОВ—КМПВ, близ СГ-4 Vp в целиках

практически с поверхности достигают 6 и 6,3 км/с. По результатам

документации керна СГ-4, массивы пород в целиках монолитны, почти не

трещиноваты, с выходом керна нередко 95—100% и длиной его кусков 50—80 см,

иногда даже 2—4 м. Интенсивность вышеотмеченных метаморфических

преобразований вулканитов с глубиной медленно нарастает, преобладающе

землистые формы выделений сменяются ниже 3,5 км все лучше

окристаллизованным эпидотом, что коррелируется с изменением некоторых

физических параметров. Это также может иметь важное значение в проблеме

изучения теплопроводности и теплового потока по разрезу СГ-4. По изложенным

причинам требуется постановка специальных детальных исследований по

обозначенной проблематике. Помогут результаты их и в более точной

реконструкции первичного химизма вулканитов разреза СГ-4.

Отметим, что разрез зеленосланцево- и более высоко метаморфизованных

базальтов протерозоя Кольской СГ-3, при больших, чем в СГ-4 плотностях

пород (вследствие большей их основности, до пикрит-базальтов),

характеризуется близкими и большими Vp (6,5 и 6,8 км/с), которые снижаются

до 5,8 км/с в разрезе осадочных пород ждановской свиты .

Высокоскоростные целики чередуются с интервалами с резко пониженными

скоростями упругих волн и плотностей, видимо, зонами мелкой трешиноватости.

Визуально в керне они невыразительны, не имеют ясных границ и выделяются не

всегда или неполно. Такие зоны наиболее выражены в интервалах 560—650;1800;

1850—1920; 2600—2750 м. Геологами некрупные, без милонитов, тектонические

нарушения и зоны трещиноватости зафиксированы на глубинах 560—580; 1800;

2500—2510; 3480;3560 м. Предельно низкие Vp до 5,6 км/с присущи интервалам

(3600—4300 м и др.), сложенным туфам и тефроидами кислого состава с

плотностами около 2,75 г/см , вполне соответствующими составу пород и их

скоростным характеристикам. Но на более поздних данных ВСП эта часть

разреза по скоростям не выделилась.

Существуют и интерпретации, исходящие из того, что полученные для

целиков на глубинах 1,2-3 км сейсмические скорости более 6,3 км/с слишком

велики для андезитобазальто-вых вулканитов, даже уплотненных в результате

метаморфизма, и их следует связывать с повышенными значениями напряженного

состояния в этих интервалах, чередующихся с таковыми тектонически

разгруженного состояния, которые зачастую совпадают с интервалами

повышенной динамической активности по данным сейсмоакустики. По данным

глубинного сейсмоторпедирования (по В.А.Силаеву), для этих интервалов

установлена скоростная анизотропия базальтоидов. Влияние последней и

вариации напряженного состояния среды в связи с особенностями блоковой

тектоники в каких-то частных проявлениях, безусловно, имеют место, в т. ч.

создают большие сложности в проходке скважины (на глубинах 2500; 3700; 4980

м и др.), что делает их изучение и прогнозирование в подствольном

пространстве по данным сейсмических зондирований особенно актуальными.

Данные сейсмоакустического каротажа (А.В.Троянов, 1997) в сопоставлении

с другой геолого-геофизической информацией показывают, что по стволу

выделяются целики с очень низкими шумами протяженностью чаще всего по

Страницы: 1, 2, 3, 4