В настоящее время не достаточно полно изучена специфика трещиноватости пород, являющейся одной из важнейших составляющих геологического строения региона. В частности, нет обобщения и систематизации разнородных данных по закономерностям трещинной тектоники и структурному контролю рудных месторождений региона. Первичная контракционная трещиноватость интрузивов создает зоны, проницаемые для рудоносных флюидов, однако нет практически применимой методики восстановления картины первичной контракционной трещиноватости, которая повсеместно затушевывается наложенной тектонической.
Вместе с тем, именно в складчатом сооружении Восточного Саяна, испытывающем, с одной стороны, воздействие Байкальского рифта, а с другой — субмеридиональное сжатие в результате коллизии литосферных плит, наиболее ярко проявлена трещинная тектоника в многообразии пространственно-временных соотношений.
Существенно, что геологические разломы и мелкая трещиноватость являются относительно простым и доступным объектом для исследования. Крупные разломы четко выделяются на космои аэрофотоснимках. Ориентировка и особенности мелкой трещиноватости могут быть изучены в обнажениях массивов горных пород. Измеряемые параметры поддаются статистической обработке, а результаты такой обработки при достаточном числе измерений не зависят от исследователя, т. е. являются объективными, что важно для таких регионов, как юго-восточная часть Восточного Саяна, где существуют проблемные представления о геологическом строении.
При рассмотрении трещиноватости земной коры необходимо затронуть структурные, вещественные, энергетические, временные, генетические и другие вопросы, подход к которым различен у сторонников различных геотектонических концепций. Важно учитывать все факторы, потенциально влияющие на рарывообразование в земной коре, хотя и не всегда очевидные (например, импактные явления и связанные с ними ударные волны, физико-химические процессы на границах разнородных тел литосферы и оболочек Земли и многие другие);
Ключевыми вопросами являются причины разрывообразования и причины закономерностей разрывообразования. Разные исследователи по-разному отвечают на эти вопросы. Возникновение разрывов в массивах горных пород, безусловно, связано с действием различных сил (от микроскопических до глобальных). Многие авторы отмечают относительную независимость параметров сети разрывов от физических свойств вещества. В то же время в разных по составу (а, следовательно, и по физическим свойствам) породах меняются углы падения разрывов (листрические разрывы), морфология их поверхности, углы скалывания и др.
К настоящему времени в области трещинной тектоники накоплено большое количество фактического материала, часто противоречащего традиционным представлениям. Работы В. А. Обручева, С. С. Смирнова, Ю. А. Билибина, Ю: А. Косыгина, В. И. Вернадского и других авторитетных исследователей заложили основы понимания взаимосвязи и взаимообусловленности всех явлений в земной коре и смежных оболочках. Явления интерференции разномасштабных процессов и полей рассмотрены А. Д. Щегловым, A.A. Смысловым и многими другими. П. Н. Кропоткин, С. У. Кэри и другие показали неразрывную связь процессов, происходящих на Земле и в космосе. А. Г. Жабин и другие изучили процессы организации микроструктур в минеральных агрегатах. А. Ф. Грачев и другие доказали долго-живущий характер направленного разрушения земной коры, обусловленный первичной анизотропией пород. А. Милев, Л. П. Винник и другие установили связь сейсмической анизотропии низов коры и верхней мантии с направлениями тектонических движений и формами рельефа. В. Е. Шкарин и другие описали закономерности распределения размеров геологических объектов.
М.А. Садовский предложил теорию «естественной кусковатости». Б. Мандельбро, Д. Л. Туркотт, JI.M. Сандер развили теорию фрактальности. Появились многочисленные данные о связи с ориентировкой разрывов направлений складчатости, геофизических полей, форм рельефа, речной сети, участков берегов водоемов, прямолинейных линий в плане распределения почвенного и растительного покрова, ареалов обитания животных, путей миграции рыб и птиц, облачного покрова, концентраций полезных ископаемых и т. п. Установлен ряд эмпирических зависимостей между различными параметрами разрывов. Выделены периоды максимальной интенсивности разрывообразования, коррелирующие с другими событиями в истории Земли. Все возрастающую роль в геологии начинают играть физические, математические и философские теории (в частности, теории перко-ляции, диссипации, хаоса, идеи саморазвития и самоорганизации среды и т. д.).
Вопросы закономерностей взаиморасположения различных объектов и явлений, направлений перемещения масс в оболочках Земли и связанные с ними, естествоиспытатели рассматривали с древнейших времен. Ряд исследователей, исходя из геометризации мира, пытался подобрать некие правильные формы, в которые вписывалось бы все многообразие закономерностей (Платон, пифагорейцы, P.A. Зондер и многие современные исследователи). Другие, наоборот, исходили из обширного фактического материала, находя черты геометризма в том или ином регионе, явлении или объекте и пытаясь распространить их на Землю в целом (Дж. Муди и М. Хилл, А. Е. Федоров, А. Е. Паталаха и многие другие). Встречаются уникальные, зачастую мало известные в научной среде, исследования, обобщающие не только геологические, но и геофизические, биологические, социологические, палеогеографические, этнографические и многие другие закономерности (Н.Р. Гончаров, С. И. Кислицын и др.). Тем не менее, предлагавшиеся модели во всех случаях хорошо описывают отдельные регионы, материки или даже большую часть поверхности Земли, однако в других местах оказываются несостоятельными. Причины такой несостоятельности мы находим в работах И. Р. Пригожина, который называет подобные построения «стремлением свести разнообразие мироздания к паутине иллюзий». Причины образования порядка из хаоса.
Пригожин видит в диссипативности процессов, происходящих на Земле и создающих новые динамические состояния материи, отражающие взаимодействие данной системы с ее окружением.
Важно отметить, что геологические разломы и мелкая трещиноватость являются относительно простым и доступным объектом для исследования. Крупные разломы четко выделяются на космои аэрофотоснимках. Ориентировка и особенности мелкой трещиноватости могут быть изучены в обнажениях массивов горных пород. Измеряемые параметры легко поддаются статистической обработке, а результаты такой обработки при достаточном числе измерений не зависят от исследователя, т. е. являются объективными.
Таким образом, изучение закономерностей трещинной тектоники имеет большое теоретическое и практическое значение для различных областей современной геологии и смежных дисциплин.
Итак, целью данной работы явилось выявление основных закономерностей трещиной тектоники юго-восточной части Восточного Саяна и применение анализа трещиноватости для решения практических задач, в частности, прогнозирования золоторудных тел. Соответственно, поставленные задачи включали: 1) обобщение и систематизацию разнородных данных по закономерностям трещиноватости массивов пород и их причинам- 2) выявление связи рудных тел месторождений Зун-Холбинского рудного поля с трещинной тектоникой- 3) использование анализа трещиноватости для, выявления поисковых признаков золоторудных месторождений Зун-Холбинского рудного поля.
Вместе с тем, следует остановиться на некоторых понятиях, использованных в данной работе.
Термины «рифт», «рифтовая зона», «рифтовый пояс» всесторонне рассмотрены в работах А. Ф. Грачева. В частности, в тектонике и геодинамике под рифтом или рифтовой зоной понимаются элементы структуры Земли того же ранга, как материковые платформы и орогенические области, имеющие строго определенные геоморфологические и структурные признаки, а также характерный набор магматических формаций. Континентальные рифтовые зоны не являются границами плит, формируясь вовремени значительно позже: формирования фундамента, но вместе с океаническими рифтами составляют единую мировую рифтовую систему. Относительно границ Байкальской рифтовой зоны существуют разные мнения, однако очевидно, что структуры от Тункинского и сочленяющегося с ним на западе Хубсугульского рифтов до структур Кодар-Удоканской зоны на северо-востоке относятся к Байкальской рифтовой зоне.
Устойчивость геологической среды" является термином свободного пользования, под которым можно понимать способность геологической среды противостоять возможным внешним (техногенным) и внутренним (природным) воздействиям. Классическим примером устойчивости служит поведение маятника, под действием внешних сил выведенного из состояния покоя и стремящегося вернуться в исходное состояние устойчивости. Устойчивость является необходимым условием для существования системы, так как ее потеря может явиться причиной разрушения, как отдельного элемента, так и системы в целом. Устойчивость массивов пород непосредственно связана с характером трещинной тектоники.
В данной работе впервые обобщены данные по закономерностям трещино-ватости и их причинам применительно к юго-восточной части Восточного Саяна. Получены новые данные по закономерностям трещиноватости региона и структурному контролю золоторудных месторождений Зун-Холбинского рудного поля. Предлагаются и реализуются новые методические подходы к реконструкции ориентировки первичных контракционных трещин в интрузивах, прогнозированию глубин региональных горизонтов с пониженными прочностными свойствами.
Обобщение и систематизация большого разнородного материала по закономерностям разрывообразования в литосфере в совокупности с предложенными методическими приемами и представленными новыми данными по юго-восточной части Восточного Саяна впервые показали генетическую связь первичной контракционной трещиноватости с трещиноватостью вмещающих пород и более* поздней тектонической трещиноватостью, а также позволили выявить структурные поисковые признаки для рудоносных участков Зун-Холбинского рудного поля. Работа представляет интерес для прогнозирования, поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых (в частности, обобщены основные поисковые признаки месторождений, связанные с закономерностями разрывообразования) — решения таких вопросов, как целевое геоэкологическое районирование, а также уточнение структурных особенностей локализации золото-сульфидного оруденения.
В первой главе рассматривается геологическая ситуация в регионе, обобщаются многочисленные данные по закономерностям разрывообразования в массивах горных пород на разных масштабных уровнях, а также дается подробный литературный обзор работ, посвященных рассматриваемым в работе проблемам. Показывается, что доминирующие в пределах изученного региона два направления трещиноватости (I -310° и II -40°) сохраняются в породах разного возраста, состава, генезиса и имеют унаследованный характер.
Вторая глава рассматривает причины закономерной организации разрывообразования, которые обнаруживают очевидную общность с причинами закономерной организации других природных объектов. Понимание этих закономерностей обеспечивает обоснованный научный подход к исследованию ряда наблюдаемых природных процессов и к решению практических задач. В. главе показывается, что унаследованный характер двух доминирующих в изученном региона направлений трещиноватости (I ~310° и II -40°) обусловлен первичной деформационной анизотропией массивов горных пород,.
В третьей главе приведены конкретные примеры практического применения полученных данных. Анализ трещиноватости подтверждает наличие долгоживу-щего субмеридионального сжатия региона, при котором по разломам двух выявленных доминирующих направлений должны происходить сдвиги с приоткрыванием полостей, необходимых для. проникновения рудоносных растворов. Это может служить поисковым признаком для. золоторудных тел Зун-Холбинского рудного поля. Кроме того, как показано в первой главе, первичная контракцион-ная трещиноватость интрузивов является рудоконтролирующим фактором. Соответственно, предложенное автором восстановление ориентировки этой трещино-ватости по данным массовых замеров ориентировки трещин также позволяет прогнозировать рудоносные площади.
В заключение работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертации.
На защиту выносятся следующие положения:
1) Установлено, что доминирующие в пределах юго-восточной части Восточного Саяна два направления трещиноватости (I -310° и II -40°) сохраняются в породах разного возраста, состава, генезиса и имеют унаследованный характер, обусловленный первичной деформационной анизотропией массивов горных пород.
2) Оруденение в регионе концентрируется в зонах сближенных крутопадающих разломов первого направления 310°), а также в узлах их пересечения с оперяющими разломами меньшего порядка. В условиях долгоживущего субмеридионального сжатия региона по разломам обоих доминирующих направлений происходили сдвиги с приоткрыванием полостей, необходимых для проникновения рудоносных растворов, что может использоваться, как поисковый признак, для золоторудных тел Зун-Холбинского рудного поля.
3) Разработан метод восстановления ориентировки первичной контракцион-ной трещиноватости интрузивов как рудоконтролирующего фактора, основанный на дифференцированной оценке максимумов частных диаграмм, полученных по данным массовых замеров трещиноватости.
Положения диссертации докладывались на ряде конференций: I Всесоюзной конференции «Строение и геодинамика земной коры и верхней мантии» (Москва,.
1990)-, Первом Всесоюзном совещании «Разломообразование в литосфере: текто-нофизические аспекты» (Иркутск, 1991) — Международной конференции «Строение и. reo динамика земной коры и верхней мантии» (Москва, 1991) — Всесоюзной школе передового опыта «Геодинамический анализ при геологосъемочных работах» (Миасс, 1991) — Конференции аспирантов-выпускников Кафедры философии РАН (Москва, 1992), Международной экологической конференции аспирантов и молодых ученых (Москва, 2001) и ряде другихобсуждались в дискуссиях с сотрудниками Окинской ГРЭ (Бурятия), ИФЗ, ИЗК (Иркутск), ГИН, РУДЫ, ВИМС, ЦНИГРИ, МГУ, ИМГРЭ, ФИАН, ИХФ, ИФАН, специалистами организаций, заинтересованными в использовании результатов данной работы. Всего по смежным тематикам автором опубликовано 26 работ, в том числе 13 — непосредственно по теме диссертации. Две работы подготовлены к публикации.
Автор выражает глубокую искреннюю признательность своему научному руководителю д.г.-м.н., проф. А. А. Рассказову за полезные советы и помощь в работе над диссертацией, а также в процессе многолетнего сотрудничества: д.г.-м.н., проф. А. Ф. Грачеву (ИФЗ), д.г.-м.н., проф. П. Ф. Иванкину, д.г.-м.н. Ю. И. Новожилову (ЦНИГРИ) — чл.-корр. РАН П. Н. Кропоткину, к.г.-м.н. Д. В. Давыдову, к.г.-м.н. А. С. Тесакову (ГИН) — д.г.-м.н. В. Н. Шолпо, д.ф.-м.н., проф. Ш. А. Мухамедиеву, С. А. Школьникову, к.г.н. В. В. Барановой (ИФЗ) — А. В. Маслову, В. А. Зубкову, Л. И. Гирняк, В. Г. Скопинцеву, В. В. Нещадиму, В. А. Гореву (Окинская ГРЭ, Бурятия) — Е. Н. Балычеву (ИМГРЭ) — д.ф.н. В. Н. Лосю (ИФАН) — д.ф.-м.н., проф. Б. Н. Провоторову (ИХФ) — к.ф.-м.н. А. В. Варлашкину (ФИАН) — В. А. Петровой (ИОФАН) — к.г.-м.н. А. Е. Федорову (Космоаэрогеология) — С. М. Орлову (Центр практической геоэкологии), проф. П. А. Хиллу (Карлтонский Университет, Канада) — проф. А. Е. Шейдеггеру (Венский Технический Университет, Австрия) — д-ру М.Дж.Рикарду (Австралийский Национальный Университет) и многим другим за ценные критические замечания, обсуждение ряда ключевых вопросов и дружескую поддержку.
Заключение
и выводы.
В работе выполнен системный, анализ отечественных и зарубежных источников по закономерностям трещинной тектоники. Обобщены данные по закономерностям трещиноватости и их причинам применительно к юго-западному флангу Байкальской рифтовой зоны. Показана взаимосвязь трещинной тектоники с различными объектами. Приведены новые данные по закономерностям трещи-новатости региона. Специальные вопросы трещиной тектоники рассмотрены в приложении к решению практических задач в регионе. Предложены и опробованы новые методические подходы к реконструкции ориентировки первичных кон-тракционных трещин в интрузивах. В результате исследования сделан ряд выводов, наиболее существенными из которых представляются следующие.
1) Установлено, что доминирующие в пределах юго-восточной части Восточного Саяна два направления трещиноватости (I ~310° и II -40°) сохраняются в породах разного возраста, состава, генезиса и имеют унаследованный характер, обусловленный первичной деформационной анизотропией массивов горных пород.
2) Оруденение в регионе концентрируется в зонах сближенных крутопадающих разломов первого направления 310°), а также в узлах их пересечения с оперяющими разломами меньшего порядка. В условиях долгоживущего субмеридионального сжатия региона по разломам обоих доминирующих направлений происходили сдвиги с приоткрыванием полостей, необходимых для проникновения рудоносных растворов, что может использоваться как поисковый признак для золотурудных тел Зун-Холбинского рудного поля.
3) Разработан метод восстановления ориентировки первичной контракцион-ной трещиноватости интрузивов как рудоконтролирующего фактора, основанный на дифференцированной оценке максимумов частных диаграмм, полученных по данным массовых замеров трещиноватости.
4) Анализ материалов по региону позволяет сделать вывод, что в пределах квази-однородных блоков земной коры существуют доминирующие направления разрывов. Эти направления сохраняются в породах разного возраста, состава-и генезиса на всех масштабных уровнях при выраженном преобладании двух — четырех систем. Устойчивость, доминирующих направлений обусловлена долгожи-вущими (perennial) полями напряжений, связанными с устойчивым полигенным воздействием космических, внутриземных и внутрипородных сил при важной роли магнитного поля Земли.
5) Трещиноватость делит земную кору на объемные блоки, образующие на поверхности полигональные структуры. На разных масштабных уровнях преобладают гексагоны и (менее) пентагоны со средними углами между разрывами около 120°. Характеристические наборы параметров говорят о тенденции объемных блоков всех размеров к гибридным полиэдрам с элементами кубоктаэдра (14 граней) и ромбододекаэдра (углы 120°). При этом параметры разрывов образуют дискретные распределения, подчиняющиеся геометрической прогрессии с коэффициентами, близкими к «золотому сечению». Эти закономерности обнаруживаются при исследовании трещиной тектоники региона.
6) Обобщение и систематизация огромного разнородного материала по закономерностям разрывообразования в литосфере в совокупности с предложенными методическими приемами и представленными новыми данными по юго-восточной части Восточного Саяна дают возможность более глубокого понимания структуры литосферы и причин ее закономерной организации, а также могут использоваться для поисков, разведки и разработки месторождений различных типов рудных полезных ископаемых. Вчастности, собраны воедино основные поисковые признаки месторождений, связанные с закономерностями разрывообразованияпроиллюстрирована возможность использованияданных по ориентировке трещиноватости и линеаментов для выделения потенциально рудоносных участков Зун-Холбинского рудного поля и уточнения структурных особенностей локализации золото-сульфидного оруденения.
7) Разработанные методические подходы, а также показанные взаимосвязи трещинной тектоники с экзогенными процессами позволяют использовать данные по трещиноватости для целевого районирования и прогнозирования неблагоприятных геоэкологических процессов.
