О связи гравитационных и магнитных аномалий с процессом гранитизации
Л. Н. ЕЛАНСКИЙ
Установление истинных взаимоотношений между физическими полями и основным возмущающим фактором - породами докембрийского фундамента - представляет несомненный интерес при всестороннем изучении геологического строения Русской платформы. С целью уверенной геологической интерпретации гравитационной и магнитной карт в данное время главное внимание уделяется вопросу детальных исследований петрографии и физических свойств пород фундамента [7, 10, 11 и др.].
Указанный подход, являясь единственно правильным, несомненно, способствует дальнейшему повышению геологической эффективности региональных геофизических методов.
В результате ряда исследований [6, 12, 13, 14] установлена определенная связь магнитных и гравитационных аномалий со структурно-морфологическими элементами фундамента, представленных различными петрографическими комплексами. Так, например, обоснованно полагается, что гравитационные и магнитные региональные отрицательные аномалии приурочены к выступам фундамента, сложенным кислыми породами типа гранитов, плагиоклазовых гранито-гнейсов. Аналогичные, но положительные аномалии, наоборот, отвечают впадинам фундамента, сложенным гнейсами, содержащими ряд минералов основной магмы (амфиболиты, габбро-нориты и т. п.).
Подобные соотношения, главным образом в региональном плане, прослеживаются на Балтийском щите, на Финляндско-Карельском блоке архея, в сводах Воронежского массива и Камско-Вятского поднятия, на Токмовском и Жигулевско-Пугачевском поднятиях и др. Впервые указанная связь была установлена В.В. Федынским и Н.Н. Черепановым, а затем была подробно исследована А.Д. Серовой и Н.В. Неволиным (1953 г.).
Следует отметить, что до настоящего времени нет единого мнения относительно причин такого соотношения. Наиболее распространено мнение, что региональный глубинный фон силы тяжести отображает изменение плотности в подкоровом веществе, т. е. в областях поднятий фундамента гравитационные минимумы обусловлены расширением и разуплотнением подкорового вещества, а в прогибах гравитационные максимумы связаны со сжатием и уплотнением подкоровых масс. H.В. Неволин (1955 г.) полагает, что региональные аномалии силы тяжести, обусловленные подкоровыми процессами, подчеркиваются и усиливаются особенностями строения земной коры, а именно: минимумы соответствуют участкам, где гранито-гнейсовый слой имеет увеличенную мощность и характеризуется преобладанием гранитов, а максимумы отвечают участкам гранито-гнейсового слоя сокращенной мощности и преимущественного развития в верхних слоях гнейсов.
Приведенное, как нам представляется, обоснованное утверждение находит себе доказательства в ряде положений геотектоники, в частности при рассмотрении вопроса о связи магматизма и тектогенеза [1].
Образование кислых по составу магматических тел - батолитов - приурочено к осевой части центральных поднятий, где они размещаются огромными массами внутри доинверсионного комплекса пород.
Формируются батолиты одновременно с процессом складкообразования, причем их внедрение в земную кору не оказывает видимого влияния на вмещающие слои. Последнее показывает, что при этом происходит не столько внедрение магматического материала в земную кору, сколько превращение в гранит пород на месте - их переплавление и гранитизация. Как известно, при гранитизации основную роль играют так называемые сквозьмагматические растворы, проникающие в верхние горизонты из подкорового слоя [4].
Процесс гранитизации заключается в химическом взаимодействии пород со сквозьмагматическими растворами и характеризуется привносом щелочей и кремнезема и выносом железа, магния, кальция. Этот процесс непрерывен во времени и охватывает всю земную кору. Многочисленные рассеянные инъекции образуют обширные зоны мигматизации - переходный этап к возникновению батолитов. Рассеянные инъекции отмечаются и в осадочных образованиях, перекрывающих фундамент. Интенсивность сквозьмагматического потока, а следовательно, и гранитизации большая на участках широкого развития трещин изгиба, облегчающих доступ раствора из подкоровых областей. Таким образом, участки центральных поднятий фундамента, к которым в основном и приурочены трещины изгиба, являются одновременно и участками относительно наибольшей скорости гранитизации. Общим результатом этого процесса для устойчивых во времени положительных элементов фундамента будет постепенное наращивание мощностей и расширение площадного распространения гранитных образований.
Обратим внимание на физическую сторону явлений. В результате гранитизации постепенно меняется петрографический состав выступов фундамента, что безусловно должно найти отображение в характере наблюденных на Русской платформе физических полей. Важнейшим следствием процесса гранитизации является вынос с приподнятых участков железа и одновременное уменьшение там плотностей пород и ослабление их магнитных свойств. Однако не следует полагать, что все высвобожденное таким образом железо в растворенном виде будет мигрировать во впадины. В отличие от механического сноса железа в результате эрозии выступов первичной коры выветривания [8, 9] явление гранитизации протекает на глубине и, следовательно, пути миграции будут контролироваться трещиноватостью и пористостью вмещающих пород. При наличии на склонах фундамента структурных осложнений здесь возможны значительные отложения железа из гидротермальных растворов, конфигурацией повторяющие простирания осложнений. Если такие полосовые скопления железа на склонах выступов содержат ферромагнитные компоненты, то они отобразятся в наблюденном магнитном поле линейными аномалиями. Таким образом, возможно существование линейных магнитных аномалий, не связанных с глубинными разломами фундамента.
По-видимому, обогащение геологического разреза внутриплатформенных впадин железом в ряде случаев происходит главным образом за счет механического сноса его с выступов и лишь в меньшей степени за счет миграции вторичных продуктов гранитизации. В настоящее время благодаря суммарному воздействию этих двух процессов породы древних выступов фундамента стали практически немагнитными.
Известно, что И. Кенигсбергер (цитируется по Л.Д. Берсудскому), пытаясь объяснить наблюденное им на большом числе образцов различие в интенсивности остаточного намагничения между молодыми и древними изверженными породами, высказывал предположение о возможности частичной утраты остаточного магнетизма в течение миллионов лет, прошедших со времени их намагничения.
В свете представлений об изменении физических свойств пород процессом гранитизации причина уменьшения остаточного намагничения становится достаточно очевидной.
Попытаемся применить изложенные положения к объяснению причин возникновения некоторых локальных отрицательных магнитных аномалий Русской платформы. Как показывают наблюдения, имеются примеры отклонений от общей закономерности в соотношении знаков магнитных и гравитационных аномалий для ряда площадей платформы. Так, для Черемшанской площади, Буздякского максимума силы тяжести (Западная Башкирия) Хвалынско-Пугачевской зоны и некоторых других участков интенсивным локальным гравитационным максимумам соответствуют магнитные минимумы.
Э.Э. Фотиади [12] полагает существование здесь обратного намагничения габбро-норитов, вскрытых глубоким бурением на Черемшанской площади.
Наиболее приемлемая схема появления обратной полярности была в свое время предложена Л.Д. Берсудским [2]. Применяя указанную схему к конкретным геологическим условиям Русской платформы, можно полагать следующее:
1. вначале (до охлаждения) изверженные породы, слагающие рассматриваемые участки фундамента, обладали повышенными магнитными свойствами;
2. локальные интрузии основной магмы (габбро-нориты), также обладающие сильными магнитными свойствами, в последующие эпохи заполнили трещины фундамента;
3. существование двух близлежащих и взаимодействующих систем, отличающихся структурными, химическими и магнитными свойствами, при медленном охлаждении привело к обратному намагничению габбро-норитов;
4. в дальнейшем процесс гранитизации практически ликвидировал первоначальные магнитные свойства вмещающих пород, сохранив к нашей эпохе частично более сильную обратную намагниченность габбро-норитов.
В настоящее время локальные отрицательные магнитные аномалии, как правило, наблюдаются на фоне обширных, но чрезвычайно слабых магнитных полей (массивы гранитов).
Следовательно, процесс гранитизации имеет непосредственное отношение к природе аномальных физических полей.
Рассмотрение наблюденных аномалий с этих позиций дает возможность более углубленного толкования ряда вопросов, встречающихся в практике геологической интерпретации. К числу таких вопросов относятся:
1. уменьшение плотностей и магнитных свойств пород на выступах фундамента;
2. выяснение возможных причин линейных магнитных аномалий;
3. объяснение причин уменьшения со временем остаточного намагничения изверженных пород;
4. объяснение обратного намагничения пород, обусловливающих локальные отрицательные аномалии Русской платформы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белоусов В. В. Основные вопросы геотектоники. Госгеолиздат, 1954.
1. Берсудский Л.Д., Логачев А.А., Солодухо О.Ю. Курс магниторазведки. Гостоптехиздат, 1940.
2. Грабовский М.А. Термоостаточный магнетизм горных пород. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 3, 1953.
3. Коржинский Д.С. Гранитизация как магматическое замещение. Изв. АН СССР, сер. геол., № 2, 1952.
4. Логачев А.А. Курс магниторазведки. Госгеолиздат, 1951.
5. Неволин Н.В. Геологическое значение гравитационных и магнитных аномалий центр, и вост. районов Русской платформы. Геология нефти, 1957, № 3.
6. Озерская М.Л. Опыт изучения физических свойств пород кристаллического фундамента Русской платформы, ДАН СССР, т. 100, № 2, 1955.
7. Страхов Н.М. Основы исторической геологии, ч. I. Госгеолиздат, 1948.
8. Страхов Н.М., Бродская Н.Г. и др. Образование осадков в современных водоемах. Изд. АН СССР, 1954.
9. Флоренский В.П., Лапинская Т.А. О микроклинизации в докембрийских породах восточной части Русской платформы. ДАН СССР, т. XXXIX, № 4, 1953.
10. Флоренский В.П. О кристаллических породах основания Русской платформы по данным глубокого бурения. Нефт. хоз. № 8, 1952.
11. Фотиади Э.Э. Результаты геофизических исследований. Труды ВНИГРИ Волго-Уральская нефтеносная область, вып. 100. Гостоптехиздат, 1956.
12. Фотиади Э.Э. К вопросу строения докембрийского складчатого основания Русской платформы. ДАН СССР, т. 57, № 8, 1947.
13. Фотиади Э.Э. К проблеме геологической интерпретации аномалий силы тяжести на Русской платформе. Прикладная геофизика, вып. 12, Гостоптехиздат, 1955.
Волго-Уральский филиал ВНИИГеофизики