2014

Строение верхней коры в районе Хибин по геолого-геофизическим данным и результатам 3D сейсмоплотностного моделирования

Жиров Д.В.¹, Глазнев В.Н.², Жирова А.М.¹

¹ Учреждение Российской академии наук Геологический институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия, zhirov@geoksc.apatity.ru

² Воронжеский Государственный Университет, Воронеж, Россия

Рассматриваемый район расположен в центральной части Кольского полуострова и представляет собой часть тектонически сложного террейна, в котором пространственно совмещены разновозрастные (AR, PR и PZ) геологической структуры восточной части Фенноскандинавского щита. Одним из наиболее важных этапов в истории развития этого блока земной коры стал познеархейский(?) - раннепротерозойский рифтогенез, начавшийся с заложения глубинных разломов, который совместно с древним плюмом контролировали формирование платиноносных расслоенных мафит-ультрамафитовых массивов [1]. На современной геологической карте северная граница рифта хорошо маркируется цепочкой квазиконформных с ним интрузивов: от Федорово-Панского на ЮВ пояса Имандра-Варзуга до массива г. Генеральской в Печенгской палеорифтогенной структуре в СЗ части региона через массивы (Главного хребта, Мончетундровский, Мончеплутон и др.) Мончегорского рудного района. Дискордантно к палеопротерозойским и архейским структурам расположена зона палеозойской тектонической активизации СВ- простирания, контролирующая образование массивов центрального типа от массива Сокли в Финляндии (через Маврагубский, Хибинский, Ловозерский, Кургинский, Контозерский массивы) до побережья Баренцева моря (в районе Ивановской губы). Обсуждаемый в статье крупнейший в мире Хибинский массив нефелиновых сиенитов прорывает комплексы архейского основания (северная часть) и вулканогенно-осадочные образования Имандра-Варзугского раннепротерозойского комплекса (Ю и ЮЗ контакт) [2]. По результатам многочисленных исследований [2-5 и др.] массив представляет собой эллипсовидный в плане многофазный плутон, вытянутый в субширотном направлении по азимуту 82^о, со смещенной к востоку корневой частью (рис. 1-2). Его форма близка асимметричному лополиту с крутыми восточным и северным контактами и более пологими южным и западным. Восточный контакт, в зоне развития карбонатитового штока субвертикален до глубин 3÷4 км и имеет тенденцию к резкому выполаживанию на глубине 4÷5 км. Западный и южный контакты имеют падение к центру под углом 65÷70° до глубины 4 км. В интервале 4÷6 км положение контакта более пологое (30°), но ниже уровня 7 км угол падения контакта увеличивается до 50÷60°.

Результаты выполненного сейсмоплотностного моделирования [6-7] уточнили строение плутона и зону его контакта с осадочно-вулканогенным комплексом Имандра-Варзуга. В соответствие с полученной моделью Хибинский массив выделяется в целом в виде низкоскоростной аномалии на уровне приблизительно от 5 км глубины до 11 км со средней скоростью ниже фоновой на этих глубинах (рис.1-2). При этом в верхней части скоростной модели установлены две локальные высокоскоростные аномалии, размерами примерно 5 х10 км. Интенсивность первой, выявленной на глубине 1.5-2.0 км и пространственно приуроченной к центральной части массива, увеличивается на глубине 3 км (рис. 2). Значения скорости Vp в пределах аномалии достигает 6.8-7.0 км/с относительно фоновой скорости, равной примерно 5.5 км/с. Скоростное строение Хибинского массива, выраженное в чередовании по глубине аномалий положительного и отрицательного знака в средней части массива, свидетельствуют о его более сложном строении, чем существующие на сегодняшний день представления, сформулированные в прогнозной геологической модели среды. Что касается плотностной модели, полученной в рамках комплексного моделирования строения среды в центральной части Кольского полуострова, то аномалии плотности хорошо коррелируют с установленными аномалиями скорости. Вторая высокоскоростная аномалия, установленная юго-восточнее первой на глубине около 3 км, более четко проявляется на глубине около 4 км, где интенсивность первой аномалии начинает уменьшаться. Высокоскоростная аномалия, в первом приближении совпадающая с границей пород Имандра-Варзуги с вмещающим комплексом основания, прослеживается до глубины приблизительно 9-10 км (рис. 2) и достигает максимальной интенсивности (7.0-7.5 км/с) на глубине 4-7 км. При этом наблюдается её некоторое смещение к северо-востоку.

Варианты интерпретации этих аномалий были проанализированы на соответствие двум принципиальным признакам: "вещество" и "состояние массива пород". Первая группа условно объединила интерпретации аномалий за счёт тел мафит-ультрамафитов, различной морфологии и положения в пространстве, а вторая – объясняет аномалии состоянием вещества (уплотнение за счёт концентрации аномально высоких тектонических напряжений). Первая аномалия не может быть обусловлена только вещественным фактором (титаномагнетит-апатитовыми рудными телами), так как имеет структурное несогласие по отношению к общему строению плутона (см. рис. 2). Поэтому для её интерпретации мы опирались на данные Горного института КНЦ РАН по результатам изучения напряжённо-деформированного состояния Хибинского массива [8-10]. Согласно многочисленным инструментальным измерениям фактические (измеренные) значения напряжений существенно выше расчётных по весу пород. При этом главное нормальное сжимающее напряжение имеет, как правило, субгоризонтальное положение. Таким образом, лучшим вариантом объяснения является наличие зоны аномальных тектонических напряжений. Также возможен частичный вклад в формирование аномалии за счёт увеличения роли титаномагнетит-апатитовых рудных тел в строении данной зоны. Источником же аномальных горизонтальных напряжений может служить быстрое изостатическое поднятие массива после ухода последнего ледника, в ходе которого породы не успели разгрузиться.

Вторая аномалия, исходя из свойств распространённых горных пород и геологического строения региона, наилучшим образом интерпретируется крупной расслоенной интрузией Федорово-Панского типа, приповерхностная часть которой срезана Хибинским массивом (см. рис. 2). С учётом современного уровня эрозионного среза её верхняя часть расположена в 2±0.5 км от поверхности. Нижняя граница определена по признаку потери контрастности в плотностной и скоростных моделях в интервале 7-9 км от поверхности. Массив в этих границах хорошо соответствует региональным особенностям локализации расслоенных массивов Федорово-Паского типа, которые всегда приурочены к северной - северо-восточной тектонической границе палеорифтовой зоны Имандра-Варзуга и падают на юг под различными углами от 15º до 70º.

Таким образом, мы прогнозируем крупную "слепую" (не выходящую на поверхность) платиноносную расслоенную интрузию, верхняя часть которой была срезана в ходе внедрения Хибинского плутона. Этот массив интересен с точки зрения генерации в приконтактовой зоне в ходе щелочного магматизма нетрадиционных гибридных пород и вторичных офсетных платинометалльных и медно-никелевых руд. Косвенным подтверждением нашей гипотезы служит проявление Пирротиновых руд Пирротиновое ущелье) в роговиках южного контакта пород зоны Имандра-Варзуга и Хибин.              

Литература

Митрофанов Ф.П. Корреляция состава и рудообразующих этапов в Раннепротерозойских базит-гипербазитовых расслоенных интрузиях Финляндии и Кольского Полуострова (Россия) / Сб. материалов Проекта Интеррег-Тасис: Стратегические минеральные ресурсы Лапландии – основа устойчивого развития Севера. – Апатиты: КНЦ РАН. – 2008. – С. 13-18.

Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В., Беляцкий Б.В. Щелочной вулканизм инициального этапа палеозойской тектоно-магматической активизации северо-востока Фенноскандии: геохимические особенности и петрологические следствия / Петрология. –1998. – Т. 6. – № 3. – С. 316-336.

Пожиленко В.И., Гавриленко Б.В., Жиров Д.В., Жабин С.В. Геология рудных районов Мурманской области. (Под ред. Митрофанова Ф.П., Бичука Н.И.). – Апатиты: Изд. КНЦ РАН. – 2002. – 359 с.

Сейсмологическая модель литосферы Северной Европы: Баренц регион  / Под ред. Ф.П. Митрофанова и Н.В. Шарова. – Апатиты: Изд. КНЦ РАН. – 1998. – Ч.1. – 237 с. – Ч.2. – 205 с.

Строение литосферы российской части Баренц-региона / Под ред. Н.В. Шарова, Ф.П.Митрофанова, М.Л.Вербы, К.Гилена. – Петрозаводск: КарНЦ РАН. – 2005. – 318 с.

Глазнев В.Н., Жирова А.М., Раевский А.Б. Новые данные о глубинном строении Хибинского и Ловозерского массивов, Кольский полуостров / Доклады Академии Наук. – 2008. – Т.422. – №3. – С.391-393.

Глазнев В.Н., Жирова А.М. Создание и применение технологии изучения скоростных свойств интрузивных массивов при построении комплексной модели земной коры Хибинского и Ловозерского массивов Кольского полуострова / Геофизический вестник. – Москва: Изд-во ЕАГО. – №6. – 2007. – С. 15-19.

Сейсмичность при горных работах. / Коллектив авторов, под. ред. Мельникова Н.Н. – Апатиты: Изд. КНЦ РАН. – 2002. – 325 с.

Марков Г.А., Савченко С.Н. Напряженное состояние пород и горное давление в структурах гористого рельефа. – Л.: Наука. – 1984. – 140с.

Курленя М.В. (ред.). Управление горным давлением в тектонически напряженных массивах. – Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. – 1996. – Ч. 1. – 162 с. – Ч.2. – 165 с.

Исследования поддержаны грантом РФФИ 13-05-12055 офи_м.