SG-4g (Обзор геолого-геофизической изученности района Уральской сверхглубокой скважины СГ-4), страница 4

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.).