Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
26
Київський національний університет
імені Тараса Шевченка
Шабатура Олександр Вікторович
УДК 552.08
Фізичні властивості гранітоїдів Східного Приазов’я і їх практичне застосування
04.00.22 –Геофізика
Автореферат
дисертації на здобуття вченого ступеню
кандидата геологічних наук
Київ- 2004
Дисертація є рукописом
Робота виконана в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка.
Науковий керівник: доктор геолого-мінералогічних наук, професор
Толстой Михайло Іванович,
провідний науковий співробітник науково-дослідної лабораторії фізико-хімічних досліджень гірських порід геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка,
м. Київ.
Офіційні опоненти: доктор геологічних наук, професор
Денисюк Ростислав Павлович,
завідуючий кафедрою геофізичних методів пошуків
Національного гірничого університету,
м. Дніпропетровськ.
доктор геологічних наук
Шепель Сергій Іванович,
в.о. провідного наукового співробітника відділу фізичних властивостей речовини Землі Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна Національної академії наук України,
м. Київ.
Провідна установа: Український державний геологорозвідувальний інститут, м. Київ.
Захист відбудеться “31” серпня 2004 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.32 при Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: вул. Васильківська, 90, м. Київ, Україна, 03022.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033 м. Київ, Володимирська, 60.
Автореферат розісланий “15” липня 2004 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
кандидат геолого-мінералогічних наук А.В.Сухорада
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Сучасний етап розвитку науки про Землю характеризується накопиченням значного обсягу різноманітної інформації про будову, стан, склад геологічних утворень, що дає можливість вивчати генетичний і динамічний аспекти формування й існування цих об’єктів. Важливими характеристиками такого роду є “структурно-“ і “динамічно-чутливі” фізичні параметри порід і мінералів, які зберігають ознаки не тільки формування, але й існування. Отримання цієї інформації та її використання з практичною метою є новим кроком у вивченні гірських порід, що значно підвищить ефективність пошукових робіт, забезпечить достовірність геологічної інтерпретації геофізичних даних. Цьому питанню й присвячена дисертаційна робота.
Мета і завдання дослідження. У контексті вивчення фізичних властивостей гранітоїдів Східного Приазов’я основною метою даної роботи визначено отримання всебічної інформації про умови утворення й існування геологічних об’єктів для подальшого оцінювання їх перспективності.
Для досягнення поставленої мети в ході роботі виконано такі завдання:
Положення, що захищаються.
Наукова новизна отриманих результатів
Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Коректність отриманих результатів підтверджується єдиною методикою опробування, підготовки зразків для масових визначень фізичних властивостей, їх візуального і мікроскопічного контролю, перевірки статистичної однорідності даних у вибірках фізичних характеристик. Отримані в ході роботі результати перевірялися за допомогою таких процедур: 1) порівняння за методом петрофізичного моделювання (Соболев С.В., Бабейко А.Ю., 1994); 2) порівняння за петрологічними, петрохімічними, геохімічними даними.
Наукове значення роботи. Отримані нові наукові дані дають можливість розширити сферу проведення петрофізичних досліджень, спрямованих на отримання генетичної інформації про гірські породи, виявлення нових фундаментальних зв’язків геологічного середовища або ж встановлення пропущених ланок в історії формування геологічних об’єктів.
Практичне значення отриманих результатів. Результати даної роботи можуть практично застосуватися для побудови фізико-речовинної моделі середовища, що дасть змогу підвищити якість геологічної інтерпретації геофізичних даних; уточнити інформацію про просторове розміщень зон ущільнення-розущільнення в кристалічному фундаменті Приазовського блоку, а це в свою чергу сприятиме надійності металогенічного прогнозування на рідкіснометалеве зруденніння тощо.
Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи висвітлювалися на наукових конференціях професорсько-викладацького складу геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка (Київ, 1998 - 2001 р.р.); міжнародній форум-конференції „Мир та безпека Єврорегіонів” (Івано-Франківськ, 2000 р.); міжнародній конференції „Рідкісні метали України –погляд у майбутнє” (Київ, 2001); міжнародних наукових конференціях “Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища” (Київ, 1999 - 2001).
Структура дисертації. Дисертація містить 122 сторінки машинописного тексту, 58 рисунків, 26 таблиць, списку використаних джерел з 100 найменувань, 11 книг додатків на 75 сторінках. Робота складається із змісту, переліку умовних скорочень, вступу, семи розділів і висновків.
Автор висловлює глибоку подяку своєму науковому керівникові доктору геолого-мінералогічних наук проф. Толстому М.І. за постійну увагу до роботи і кандидату геолого-мінералогічних наук Гожику А.П. за підтримку на початкових етапах досліджень. Автор щиро вдячний Костенко Н.В. і Гасанову Ю.Л. за цінні консультації та поради.
Зміст роботи
Перший розділ присвячений огляду літератури за темою та вибору напрямів досліджень. Гірські породи одного й того самого мінерального складу мають відмінні фізичні властивості, які залежать від багатьох факторів: мінерального складу; структурно-текстурних особливостей порід; чинників зумовлених фізико-хімічними, термобаричними, геодинамічними станами середовища. Повною мірою, такий поліфакторний вплив на гірську породу і, відповідно, на її фізичні властивості реалізується через незворотні зміни матриці породи. Ця особливість покладена в основу концепції про набуття і збереження породою фізичних характеристик, які відповідають термодинамічним і фізико-хімічним умовам її формування. Багато дослідників (Евзікова Н.З., Іциксон Г.В., Алейніков А.Л., Беллавін О.В та ін.) вказували на можливість встановлення певних термобаричних і геодинамічних умов формування порід. Так, про використання низки пружних параметрів і пористості для визначення геодинамічних умов формування гранітоїдів йшлося у працях Звягінцева Л.В., Толстого М.І., Гожика А.П. Ними також було доведено, що склад гірських порід є визначальним чинником величини об’ємної густини (о) кристалічних порід, але, водночас, відхилення величин густини, розрахованих за мінеральним складом (р), від експериментальних, інколи сягають, навіть з урахуванням впливу пористості і похибки визначення мінерального складу, 35 кг/м. Одним із факторів такого відхилення є вплив напружень на мінеральну ґратку порід. Цими дослідниками, а також Дортман Н.Б., було доведено, що величина загальної пористості (m) має зростати за формування порід в умовах розтягу і зменшуватись за їх утворення в умовах стиску. Звягінцевим Л.В. розроблена методика петрофізичних досліджень із використанням низки пружних характеристик (швидкості розповсюдження повздовжніх (Vp), поперечних (Vs) хвиль, відношення швидкостей Vp/Vs, анізотропії згаданих параметрів AVp, AVs), відкритої та ефективної пористостей (mе) у гранітоїдах, яка дала змогу встановлювати геодинамічні умови формування інтрузивних тіл. У 1982 році Кудрявцева М.Н, Дьячкова А.Я за допомогою аналізу пружних параметрів і величин кристалохімічної щільності та структурної рихлості згрупували гранітоїди Українського щита у 13 петрофізичних класів і показали закономірності їх розміщення в структурі Українського щита. Ними ж було показано генетичний зв’язок отриманих петрофізичних класів і т. з. “фундаментів розтягу і стиску”, для яких встановлена геохімічна спеціалізація петрогенних і рудогенних елементів. У кристалохімічних рихлих породах фундаментів розтягу відзначаються підвищенні концентрації Zr, Nb, Rb, Cs, Sn; у породах фундаментів стиску –Na, Ca, Mg, Al, частково Ti. У ході досліджень, що тривали з 1984 року, Толстой М.І. і співавтори на прикладі гранітоїдів Українського кристалічного щита довели можливість визначення комплексу речовинно-фізичних ознак, т.з. типоморфних ознак петротипів. Використання такого підходу сприяло отриманню реперних показників, порівняння з якими дало змогу виявити відмінності в умовах утворення гранітоїдів різних геоблоків і формацій.
Щодо петрофізичної оцінки металогенічно спеціалізованих порід ряд дослідників (Кононов Н.Н., Толстой М.І., Гожик А.П. та ін.) визначили закономірності міграції та накопичення низки хімічних елементів від геодинамічних чинників, з одного боку, та формуванням петрофізичного вигляду порід, з іншого.
Виходячи з вищенаведених положень, напрям даного дослідження було визначено як здійснення всебічного аналізу фізичних властивостей гранітоїдів Східного Приазов’я (із залученням даних про геохімічні і петрохімічні властивості) з метою отримання даних про умови формування й існування згаданих порід та їх застосування для якісної інтерпретації магнітного поля; типізації металогенічно спеціалізованих гранітоїдних утворень на предмет виокремлення рідкіснометалевого зруденіння.
Другий розділ присвячений викладу методики досліджень. Перший етап - математична обробка петрофізичних даних - включав: підготовку вибірок (групування за петрографічними ознаками); оцінювання їх однорідності; статистичний аналіз даних; класифікацію об’єктів за комплексом ознак методом кластер-аналізу; кореляційний та факторний аналізи. Наступний етап передбачав застосування існуючих петрофізичних класифікацій для аналізу вихідного матеріалу із використанням інших геологічних даних. Це дало змогу отримати інформацію про умови формування й існування гранітоїдів району: тектонічного режиму і його характеристик; тип деформацій; глибинність формування порід; оцінка активності вільного кисню. Наступний етап досліджень включав геологічну інтерпретацію отриманих результатів, порівняння із існуючими геологічними, петрохімічними, геохімічними даними, перевірку методом петрофізичного моделювання.
Автор під терміном “петрофізичним аналіз” розуміє вивчення мінерального складу в шліфах і фізичних параметрів у зразках; під “геодинамічним аналізом” –методику досліджень, яка дає змогу визначити глибину становлення і геодинамічні умови (тектонічні поля напружень і тип деформацій) формування геологічних тіл за варіаціями фізичних параметрів. Таке трактування було перейнято від дослідників, які займалися геологічною інтерпретацією петрофізичних даних (Евзікова Н.З., Іциксон Г.В., Звягінцев Л.В., Кудрявцева М.Н, Дьячкова А.Я, Толстой М.І., Гожик А.П. та ін.). Пізніше Толстим М.І. та ін. розширено і доповнено тлумачення терміну “палеогеодинамічний аналіз”, під яким розуміється встановлення через петрогенетичні класифікації низки параметрів, що характеризують палеотектонічні обстановки формування і наступних епігенетичних перетворень порід, характеристик режиму стиснення (квазівсебічного чи стресового) чи розтягу (однобічного, в лінійній зоні тощо), типу деформацій (крихких чи пластичних), окисно-відновного потенціалу середовища. За такого підходу, критерії встановлення первинності чи вторинності в петрогенетичних класифікаціях, в такому підході, ґрунтуються на специфічних варіаціях низки фізичних властивостей (в основному, загальної та ефективної пористостей, пружних параметрів, густини, кристалохімічної щільності і структурної рихлості), залученні петрографічної інформації. Тому поняття “первинно” узагальнює умови утворення породи, які призвели до формування основної маси породоутворюючих мінералів. Поняття “вторинно” узагальнює вплив усіх подальших змін породи, які змінили її характеристики, але не призвели до повної втрати первинної речовинно-структурної цілості.
У третьому розділі охарактеризовані нижченаведені особливості геологічної будови Східного Приазов’я. Тут на порівняно невеликій території розповсюджені гранітоїди різного мінерально-петрографічного складу, часто сформовані у відмінних геодинамічних, термобаричних умовах, що позначаються на їх речовинно-фізичних характеристиках. Така ситуація, з одного боку, є сприятливою для аналізу петрофізичних характеристик гранітоїдів у широкому діапазоні зміни геологічних факторів, з іншого боку, значно ускладнюються визначення зв’язків фізичних характеристик порід із петрогенетичними чинниками. Ще однією, не менш важливою особливістю району досліджень є те, що ця територія належить до досить перспективних районів УЩ з точки зору вмісту рідкіснометальних елементів, характеризується складним розподілом цих елементів, що досі залишається маловивченою геологічною проблемою. Слід відзначити такі петрохімічні особливості згаданих гранітоїдів: для протерозойських гранітоїдів характерні високі показники загальної залізистості, чим вони відрізняються від гранітоїдів ранніх етапів, для яких ця величина закономірно зростає із підвищенням кремнекислотності порід. Цей факт відіграє важливу роль у формуванні петромагнітного вигляду порід і магнітного поля. Так, особливостями магнітного поля району є відсутність крупних аномалій; широкий розвиток вузьких смугових аномалій різного орієнтування, протяжності та інтенсивності. Інтенсивність аномалій іноді досягає декілька тисяч нТл. Градієнти поля дуже великі, значною мірою непостійні. Простягання осей аномалій головним чином північно-західне, північно-східне, субширотне і субмеридіональне. Зустрічаються і проміжкові орієнтації простягання осей аномалій.
У четвертому розділі розглядаються фізичні властивості гранітоїдів району. Головними особливостями варіацій фізичних властивостей у цих групах є такі. Вища фемічність складу автохтонно-параавтохтонних гранітоїдів порівняно з інтрузивно-магматичними гранітоїдами відображається у вищих величинах мінеральної та об’ємної густин, водночас діапазон їх змін вужчий внаслідок відмінності механізмів гранітоутворення інтрузивних гранітоїдів. Схожа тенденція відзначається і для кристалохімічної щільності і структурної рихлості. В інтрузивно-магматичних породах спостерігається широкий діапазон змін відношення Vp/Vs і анізотропії Vp, для них характерна наявність тримодального розподілу загальної пористості і вищих значень еквівалентної теплопровідності . Найбільш чітко диференціацію гранітоїдів за генетичною ознакою можна провести за петромагнітними параметрами, особливо це стосується магнітної сприйнятливості і фактору Q (фактору Кенігсбергера). Магнітна сприйнятливість автохтонно-параавтохтонних гранітоїдів значно вища за відповідну характеристику інтрузивно-магматичних гранітоїдів, що визначає їх поділ на два класи: магнітний (автохтонно-параавтохтонні гранітоїди) і немагнітний та почасти слабомагнітний (інтрузивно-магматичні гранітоїди). Щодо петрорадіоактивних характеристик відзначаються такі закономірності: 1) в інтрузивно-магматичних гранітоїдах зростає абсолютний рівень загальної радіоактивності ЗР разом зі зростанням варіативності; 2) природа загальної радіоактивності змінюється на змішану (торій-калій-уранову і торій-уран-калієву) із торієвої і торій-калієвої за рахунок збільшення вмісту урану і відповідного зменшення вмісту калію у інтрузивно-магматичних гранітоїдах; 3) майже вдвічі знижується торій-уранове відношення.
Кореляційний аналіз петрофізичних параметрів і петрохімічних характеристик дав змогу встановити, що в усій загальній вибірці гранітоїдів Східного Приазов’я спостерігаються стійкі позитивні Vp-, Vs-, де ( - мінеральна густина) і від’ємні зв’язки -m, Vp-m, Vs-m, -m, -me, Vp-me, Vs-me. Ці факти свідчать про спрямованість дії ємнісних властивостей на ці фізичні характеристики. У більшості випадків зв’язки Vp-me, Vs-me значно тісніші, ніж Vp-m, Vs-m, що вказує на істотний вплив пористості, зокрема своєрідних тріщин ковзання на пружні характеристики. Нестійкі закономірні зв’язки спостерігаються для -, Vp-, Vs-, Vp-, Vs-.
Але головною відмінністю коефіцієнтів кореляцій фізичних властивостей і речовинного складу серед гранітоїдів є зменшення залежності фізичних властивостей порід від складу і підвищення ролі структурних факторів для інтрузивно-магматичних гранітоїдів. Для них послідовно відзначаються зниження навантажень коефіцієнтів парної кореляції між фізичними властивостями і вмістом головних породоутворюючих окислів, а з іншого боку, фіксується зростання корелятивних навантажень „структурно-чутливих” петрофізичних параметрів, серед яких виразно виділяються Vp/, Vs, Vs/ Vs. Можна відзначити також активізацію поведінки стресових навантажень у лінійних зонах розущільнення, що відбивається у зростанні анізотропії пружних характеристик, пористості.
Удосконалення системного підходу до комплексного вивчення фізичних властивостей і мінерального складу гранітоїдів дало змогу отримати інформацію про особливості їх генезису і епігенезису і вперше відзначити відмінності у взаємозалежностях фізичних властивостей генетичних груп гранітоїдів.
П’ятий розділ присвячений реконструкціям умов утворення гранітоїдів району на основі вивчення їхніх фізичних властивостей, якому передував палеогеодинамічний аналіз. Останній дав змогу визначити петрофізичні типи, які в свою чергу об’єднані в більш узагальнені таксони - петрофізичні класи гранітоїдів району. Загалом визначено 5 петрофізичних класів із такими характеристиками:
1. Ущільненні пластичнодеформовані з неоднорідною магнітною характеристикою підвищенно-радіоактивні гранітоїди (<10% всіх вивчених порід).
. Первинно-розущільнені і вторинно-ущільнені при пластичних деформаціях, магнітні і вторинно-немагнітні низькорадіоактивні гранітоїди (15%).
. Первино-розущільнені немагнітні підвищено-радіоактивні гранітоїди (5%).
4. Первинно-ущільнені і вторинно-розущільнені вторинно-немагнітні із різнорідною радіоактивністю гранітоїди (50%).
5. Розущільнені утворення (первино- і вторино-) з неоднорідними магнітними і радіоактивними характеристиками гранітоїди (25%).
Палеореконструкція особливостей процесів формування гранітоїдів району стала можливою за рахунок таких чинників:
Крім згаданої моделі реконструкції умов утворення геологічних об’єктів, додатково використовувався факторний аналіз за фізико-речовинними ознаками. Результати факторного аналізу значно доповнили дані реконструкцій у плані встановлення переліку породоформуючих геологічних процесів та їх відносної інтенсивності у геологічній історії порід району, виявлення відмінностей у механізмах утворення між генетичними типами порід. Так, вплив речовинного складу на фізичні властивості порід є головним для обох типів гранітоїдів. Для автохтонно-параавтохтонних порід цей фактор вичерпує 23% загальної дисперсії, тоді як для інтрузивно-магматичних лише - 14%. Другим визначальним фактором, спільним для обох типів (описує приблизно 10% дисперсії), є режим однобічного стиску в автохтонно-параавтохтонній вибірці і режим квазівсебічного стиску в інтрузивно-магматичних гранітоїдах, який чітко можна паралелізувати лише із сьомим за значущістю фактором (менше 5% накопиченої дисперсії) у вибірці автохтонно-параавтохтонних гранітоїдів. Перерозподіл основних гама-випромінювачів вичерпує близько 7% накопиченої дисперсії в автохтонно-параавтохтонних породах і менше 4 % в інтрузивно-магматичних. Інші визначені фактори дуже важко зіставляти один із одним внаслідок значної відмінності їх генетичної природи. Результати факторного аналізу значно доповнюють “арсенал” палеогеодинамічного аналізу в плані визначення особливостей протікання породоформуючих процесів.
Для території Приазов’я спостерігається закономірна широтна (із заходу на схід) зміна петрофізичних типів порід. За цією послідовною зміною петрофізичних типів (внаслідок вертикальної диференційованості блоків у південно-західних і північно-східних частинах району спостерігається певне порушення згаданої закономірності) встановлено зональний розподіл ознак, які характеризують умови утворення порід. Це передусім відносний рівень глибинності формування порід, тип геодинамічного режиму та його характеристика, прояв накладених геодинамічних умов тощо. Всі ці дані дозволяють вважати, що в докембрії на території досліджень існувала геодинамічна обстановка активної континентальної окраїни. Вона і обумовлювала належність Приазовського мегаблоку до геодинамічно активних структур із переважанням тектонічних режимів розтягу. Згідно з цією моделлю, режим конвергенції в таких умовах допускає періодичні порушення механізму підвигу океанічної кори під континент (Глеваський 1983, Каляєв 1984), що і проявилося у конверсії геодинамічних режимів (зміні розущільнюючих напружень на стискуючі). Внаслідок такого перерозподілу регіональних геодинамічних умов, відбулися значні вертикальні та горизонтальні переміщення блоків всередині самого регіону. Так, у ранньоархейський час, в Сорокінській тектонічній зоні відбулися значні відносні зміщення Мангуського і Салтичанського антикліноріїв. У нижньому протерозої по субмеридіональних розломах, які розбили територію Приазов’я на декілька блоків, тривало вертикальне переміщення (підняття) із різними амплітудами в окремих частинах блоків (Собакарь Г.Т., 1968). Як було зазначено вище, це спричинило певне спотворення петрофізичної зональності.
Отже, проведений розгляд результатів палеогеодинамічного аналізу дав змогу окреслити певні особливості тектонічного розвитку району, а саме: визначити морфокінематичні особливості блоків. Так, до піднятих блоків належать передусім південно-західні та північно-східні частини регіону, між ними розташовуються відносно опущені блоки.
Порівняння одержаних результатів за допомогою незалежних методів: петрофізичним моделюванням запропонованого Соболевим В.С. і Бабейко А.Ю., використання петрологічних, петрохімічних, геохімічних критеріями забезпечили добру і задовільну співставність, що свідчить про достовірність результатів палеогеодинамічних реконструкцій.
Удосконалений підхід по отриманню всебічної інформації про умови утворення й існування геологічних об’єктів, якісно і кількісно доповнює і розширює сферу проведення петрофізичних досліджень, які спрямовані на отримання незалежної об’єктивної інформації про петрогенезис, на виявлення нових фундаментальних зв’язків геологічного середовища або ж встановлення пропущених ланок в історії формування геологічних об’єктів.
Шостий розділ присвячений розгляду петрофізичних особливостей металогенічно спеціалізованих гранітоїдів. Аналіз зв’язку умов формування і геохімічної спеціалізації дав змогу визначити певні закономірності:
- в умовах стиску спостерігається накопичення Cu, Ga, Ge, Zr, (Nb), (U), Ce, (La), а в умовах розтягу - Рb, Zn, Ag, Sn, Be, (Nb), (Ta), Rb, (Sr), Th, (U), La, (Ce), Cs;
- прояви синпетрогенних пластичних деформацій характерні для порід із халькофільно-літофільною спеціалізацією (граніту камяномогильського, новоянісольського, дмитрівського, граносієніту кременівського тощо);
- прояв епігенетичних пластичних деформацій посилює тенденцію до накопичення рідкіснометальних та рідкісноземельних хімічних елементів;
- прояви процесів епігенетичних змін порід, що відбуваються за умови збереження геодинамічного режиму гранітоутворення, різко збільшують вірогідність накопичення рідкіснометальних та рідкісноземельних хімічних елементів (вторинне розущільнення однобічним розтягом первинно розущільнених порід, вторинне ущільнення однобічним стиском первинно ущільнених порід тощо);
- процеси вторинного ущільнення однобічним тиском первинно розущільнених гранітоїдів із літофільною спеціалізацією зумовлюють збільшення вмісту урану, торію, цирконію, ітрію, церію, ніобію та молібдену.
З огляду на вищенаведені особливості зв’язку умов утворення порід із петрофізичним виглядом порід і рідкіснометальною спеціалізацією, перспективними на рідкіснометальне зруденіння будуть виступати такі петрофізичні типи:
1) вторинно-розущільнені однобічним розтягом гранітоїди сформовані в умовах розущільнення (наприклад, граніт дмитрівський –халькофільно-літофільний тип);
) вторинно-ущільнені однобічним стиском сформовані в умовах ущільнення (граносієніт павлопільський - сидерофільний-халькофільний-літофільний тип);
) вторинно-ущільнені однобічним стиском сформовані в умовах розущільнення (кварцовий сієніт хлібодарівського комплексу - сидерофільно-халькофільний тип).
Ці петрофізичні типи можуть бути використані як інструмент типізації металогенічно спеціалізованих геологічних об’єктів різних петрогеохімічних типів.
У сьомому розділі йдеться про вивчення петрофізичних типів порід у магнітному полі з метою з’ясування можливості застосування результатів петрофізичного аналізу для інтерпретації магнітного поля.
Найбільш чітко ознаки геодинамічних процесів у морфології магнітного поля проявляються в процесі дешифрування тектонічних елементів: рухів у вертикальному напрямку (без розриву і з розривом суцільності породного середовища); горизонтальних рухів здвигового типу; проявів розтягуючого типу.
В опущених частинах фундаменту (Грузькоєланчицька зона розломів) розвинені породи розущільнені на середніх рівнях глибинності. Магнітне поле має низькоінтенсивний знакозмінний характер. Відзначається приуроченість високих градієнтів магнітного поля до периферії зони розповсюдження відмін даного петрофізичного класу, що пояснюється тектонічним впливом. Тому напрямки простягання градієнтів магнітного поля підпорядковуються тектонічним елементам. У піднятих частинах фундаменту розвинені породи сформовані в умовах лінійного розущільнення на малих рівнях глибинності. Магнітне поле над цим петрофізичним класом характеризується дещо підвищеною інтенсивністю аномалій. Мікроблоковість фундаменту при наближенні до зон розломів фіксується також через знакозмінне магнітне поле.
Внаслідок жорсткого вертикального зміщення кристалічного фундаменту, поверхня останнього, по обидва боки від розлому, розміщується на різних гіпсометричних рівнях. Це проявляється у наявності уступу у магнітному полі, який ми можемо спостерігати над Володарським масивом. Як і в попередньому випадку, таке геодинамічне порушення є межею між окремими петрофізичними класами. Для занурених частин блоку характерне розповсюдження пластичнодеформованих порід середньої глибинності утворення, а над піднятою –однобічно стиснених пластичнодеформованих малої глибинності утворень.
Внаслідок тектонічних рухів, що відбувалися вздовж Східно-Октябрського і Західно-Октябрського розломів, сталося зміщення відносно невеликих гранітоїдних тіл. Особливістю магнітного поля є наявність характерного розриву магнітних аномалій у плані. Горизонтальні рухи–зсуви вздовж розлому, як результат прикладання напружень здвигу, значно змінюють морфологію магнітного поля. Такий ефект проявляється у досить помітному зміщенні магнітних аномалій відносно рисунка складчастості гнейсо-мігматитової товщі. Магнітне поле гнейсо-мігматитової товщі тісно пов’язане із плікативною тектонікою докембрійського фундаменту, а прикладання напружень сдвигового характеру значно спотворює магнітне поле. До горизонтального порушення зсувного типу прив’язана межа розділу двох петрофізичних класів. Відмінними ознаками цих петрофізичних класів є характер напружень (квазівсебічне розущільнення –однобічне розущільнення, квазівсебічний стиск - однобічний стиск; ущільнення - розущільнення), а спільними ознаками - глибинність формування, рівень парціального тиску кисню, син- і епігенетичні термобаричні умови.
У полях напружень розтягу відбувається розущільнення речовини, що супроводжується проникненням в ослаблену зону інтрузивів, пневматолітів, гідротермальних розчинів тощо. Все це може призвести до взаємних змін фізичних властивостей у розломній зоні та у вміщуючих породах, а отже, і до певних змін фізичних полів. Розривні порушення добре оконтурюються геофізичними методами, хоча застосування петрофізичних класів для тлумачення морфології магнітного поля дає змогу уточнити інформацію про просторове розміщення, глибинність, простягання геологічних об’єктів, а також у випадку значної закритості території для геофізичної зйомки. Наприклад, у Кальміуській зоні розломів (околиці сіл Мирне і Гранітне) у масиві розвитку анадольських гранітів.
висновки
У дисертаційній роботі науково обґрунтовано і на прикладі гранітоїдів Східного Приазов’я продемонстровано можливість встановлення характерних рис гранітоутворення за результатами аналізу петрофізичних даних.
Науково-теоретичне значення проведених досліджень полягало у такому.
На основі розробленої детальної характеристики фізичних властивостей гранітоїдів Східного Приазов’я і подальшого статистичного аналізу параметрів було ідентифіковано впливи на петрофізичний вигляд порід факторів речовинного складу і петроструктурних чинників, головними з яких є (у порядку зменшення значущості): речовинний склад; тектонічні напруження і комплементарно пов’язані з ними типи деформацій; накладені процеси метасоматозу.
Відмінності у взаємозалежностях фізичних властивостей генетичних груп гранітоїдів спричинені різними умовами їх утворення. Найбільш інформативними є такі пари: пружних параметрів і загальної пористості, магнітної сприйнятливості і швидкості поширення повздовжніх хвиль, магнітної сприйнятливості і відношення Vp/Vs та інші.
Геолого-математичне моделювання за комплексом кількісних показників (щільнісних, магнітних, радіоактивних параметрів, даних петрографічних досліджень) дало змогу виокремити петрофізичні типи гранітоїдів району досліджень. Петрофізичні типи є спорідненні за умовами утворення породні асоціації. Вони, за значущими ознаками, об’єднані у п’ять петрофізичних класів: 1) ущільнені пластичнодеформовані первинно-магнітні; 2) первинно-розущільнені і вторинно-ущільнені; 3) первинно-розущільнені вторинно-немагнітні; 4) первинно-ущільнені і вторинно-розущільнені, переважно немагнітні; 5) розущільненні із різнорідною магнітністю.
За результатами комплексного вивчення фізичних властивостей гранітоїдів району із використанням петрофізичних типів вдалося реконструювати деякі риси процесів породоутворення (геодинамічний режим, пов’язані з ним типи деформацій, відносні рівні глибинності, окисно-відновний потенціал середовища).
Просторовий і часовий аналіз результатів виконаної реконструкції виявив латеральний зональний розподіл ознак (відображений в петрофізичних типах), який характеризує умови утворення порід. На території Приазов’я спостерігається закономірну широтну (із заходу на схід) зміну відносного рівня глибинності формування порід, типу геодинамічного режиму, прояву накладених геодинамічних умов тощо. Всі ці дані дають змогу вважати, що в докембрії територія досліджень була активною континентальною окраїною.
Практичне значення проведених досліджень полягає у такому:
Список опублікованих праць
Особистий внесок автора у роботи, написані у співавторстві: у роботі [1] –систематизація, обробка окремих фізичних характеристик і їх обчислення (для третього розділу); визначення петрофізичних типів за петрогенетичними класифікаціями, які лягли в основу палеогеодинамічних реконструкцій процесів формування провідних геохімічних і петрографічних типів гранітоїдів Українського щита (для четвертого розділу). Також було проведено зведення комплексу фізичних властивостей гранітоїдів різних блоків щита із метою їх зіставлення і кореляції; [5] - комплексна геофізична інтерпретація даних вимірювань методом СГДК-А, еманаційної зйомки, мікроВЕЗ; [6, 8] –математичне моделювання даних електророзвідувальних робіт із застосуванням модифікованого варіанту факторного аналізу; [7] –побудова за даними структурно-геодинамічного картування карти аномалій, їх просторовий аналіз, за допомогою якого вдалося виконати мікрорайонування території досліджень за критерієм неогеодинамічної активності та виявлення успадкованості аномалій СГДК від головних тектонічних структур району; [10] - попередня обробка даних фізичних властивостей для визначення генетичних петрофізичних типів, які в подальшому зіставлялися із вмістами рідкісноземельних елементів; [11] - обрахування петрофізичних характеристик для гранітоїдів Приазов’я з наступним співставленням їх з особливостями складу і будови; [14] - проведення генетичних класифікацій петрофізичних характеристик гранітоїдів Приазовського і Середньопридніпровського районів з наступною палеогеодинамічною реконструкцією; [15, 16] - обрахування і систематизація петрофізичних параметрів; [17] - обрахування і систематизація петрогеохімічних даних гранітоїдів Приазовського геоблоку.
Анотація
Шабатура О.В. Фізичні властивості гранітоїдів Східного Приазов’я і їх практичне застосування. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.22 –Геофізика. –Київський національний університет імені Тараса Шевченка. Київ, 2004.
Захищаються положення про те, що комплексне вивчення фізичних властивостей і мінерального складу дає змогу ідентифікувати основні гранітоутворюючі процеси та інтенсивність їх прояву, а виокремленні, за особливостями розподілу фізичних параметрів, т.з. петрофізичні типи, є об’єктивним відображенням характерних рис умов утворення і існування гірської породи. На прикладі гранітоїдів Східного Приазов’я доказано, що петрофізична типізація гранітоїдів дозволяє прогнозувати їх металогенічну спеціалізацію на рідкіснометальні елементи.
Коректність отриманих результатів роботи ґрунтувалася на єдиній методиці опробування, підготовки зразків для масових визначень фізичних властивостей, їх візуальному і мікроскопічному контролі, перевірці статистичної однорідності даних у вибірках фізичних характеристик, залучення на аналітичному і інтерпретаційному етапах досліджень апріорної геологічної інформації та виконання різноманітних верифікаційних процедур (метод петрофізичного моделювання, використання петрологічних, петрохімічних, геохімічних даних).
В роботі науково обґрунтовано і продемонстровано по гранітоїдам Східного Приазов’я можливість встановлення характерних рис гранітоутворення за результатами аналізу петрофізичних даних. Загалом, виділяються три аспекти вирішеної наукової задачі. По-перше, ідентифіковано і визначено впливи на петрофізичний вигляд порід факторів речовинного складу і петроструктурних чинників, головними з яких є (у порядку зменшення значущості): речовинний склад; тектонічні напруження і комплементарно зв’язні з ними типи деформацій; накладені процеси метасоматозу. По-друге, вивчені зв’язки фізичних властивостей і характеристик речовинного складу різних генетичних груп гранітоїдів, показана відмінність в характерних взаємозалежностях. По-третє, геолого-математичне моделювання за комплексом кількісних показників (щільнісних, магнітних, радіоактивних параметрів, даних петрографічних досліджень) дозволило виокремити петрофізичні типи гранітоїдів району досліджень. Вони є генетично споріднені асоціації порід, які в свою чергу, об’єднуються в п’ять петрофізичних класів.
Показано, що залучення широкого кола фізико-речовинних й структурних характеристик до існуючих способів реконструкцій умов утворення й існування гірських порід, покращує їх геологічну інформативність, а встановлену латеральну петрофізичну зональність гранітоїдних комплексів Приазовського блоку можна використовувати для уточнення особливостей петрогенетичних процесів докембрійського етапу розвитку району.
Висновки отримані в роботі знаходять практичне застосування при побудові фізико-речовинної моделі середовища, що дозволяє поліпшити геологічну інтерпретацію геофізичних даних. На основі розроблених в цій роботі напрацювань доповнюється інформація про просторове розміщень зон ущільнення-розущільнення в кристалічному фундаменті Східного Приазов’я, які є сприятливими до міграції хімічних елементів, що підвищує надійність металогенічного прогнозування рідкіснометального зруденніння і дозволяє коригувати обсяги геологорозвідувальних і пошукових робіт. Ці ж результати були застосовані при геологічній інтерпретації магнітних карт району.
Ключові слова: петрофізика, петрогенетична інформація, петрофізичний тип, реконструкція умов утворення й існування гранітоїдів, рідкіснометальна спеціалізація, геологічна інтерпретація геофізичних даних.
Аннотация
Шабатура А.В. Физические свойства гранитоидов Восточного Приазовья и их практическое использование. –Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.22 –Геофизика. –Киевский национальный университет имени Тараса Шевченка, Киев, 2004.
Защищаются положения о том, что комплексное изучение физических свойств и минерального состава позволяет идентифицировать основные гранитообразующие процессы и интенсивность их проявления, а полученные, за особенностями распределения физических параметров, т.н. петрофизические типы являются объективным отображением характерных черт условий образования и существования горной породы. На примере гранитоидов Восточного Приазовья доказано, что петрофизическая типизация позволяет прогнозировать их металлогеническую специализацию на редкометальные элементы.
В работе научно обосновано и продемонстрировано по гранитоидам Восточного Приазовья возможность определения характерных черт гранитообразования по результатам анализа петрофизических данных. Показано, что привлечение широкого круга физико-вещественных и структурных характеристик к существующим способам реконструкции условий образования и существования горных пород улучшает их геологическую информативность, а выявленную латеральную петрофизическую зональность гранитоидных комплексов Приазовского блока можно использовать для уточнения особенностей петрогенетических процессов докембрийского этапа развития района.
Выводы, полученные в работе, найдут практическое применение при построении физико-вещественной модели среды, что позволит улучшить геологическую интерпретацию геофизических данных. На основе разработанных в этой работе подходов дополнена информация о пространственном размещении зон уплотнения-разуплотнения в кристаллическом фундаменте Восточного Приазовья, которые являются благоприятными для миграции химических элементов, что повышает надежность металлогенического прогнозирования редкометального оруденения и позволяет корректировать объемы геологоразведочных и поисковых работ. Эти же результаты были применены при геологической интерпретации магнитных карт района.
Ключевые слова: петрофизика, петрогенетическая информация, петрофизический тип, реконструкция условий образования и существования гранитоидов, редкометальная специализация, геологическая интерпретация геофизических данных.
Summary
Shabatura O.V. Physical properties of East Pryazovya granitoids and their practical utilization. –Manuscript.
Dissertation for reception scientific degree in Geology on specialty 04.00.22 –Geophysics –Taras Shevchenko Kyiv National University, 2004.
It is advocated that fully investigation of the physical properties and mineral content of granitoids allows to identify main granitforming processes and their intensity; petrophysical types are distinguished from peculiarities of physical parameter’s distributions and petrophysical types are the objective reflection of distinctive feathers of rockforming conditions. Аs a case in point of East Pryazovya granitoids, it was proved that petrophysical typification of granitoids allows to get the forecast of their metallogenic (rare-metal) specialisation.
In those thesis is scientifically grounded and demonstrated the possibility of determination of granitforming’s distinctive feathers with results of petrophysical analysis. It is shown that attracting of row physic-matter and structural characteristics into existence methods of reconstruction of rockforming conditions approves geology-descriptiveness of geophysics data. Moreover, discovered petrophysical zoning of Pryazovian granitoid complexes can use for accurate definition of the peculiarities of Precambrian development history of named region.
The results of presented thesis of degree will find the practical utilization for creation of physic-matter model of the environment, furthermore will approve geological interpretation of geophysical data, increase the reliability or mettologenic forecast of rare-metal rocks and allows to correct geological prospecting volumes. This results have been applied for quality interpretation of magnetic maps of named region.
Key words: petrophysics, petrogenic information, petrophysical type, reconstruction of rock-forming and rock-existence conditions, rare-metal specialisation, geological interpretation of geophysical data.