Флюидодинамическая концепция формирования месторождений полезных ископаемых (металлических и углеводородных)

Б.А. Соколов, В.И. Старостин

Красивые теории, как и красивые женщины, могут оказаться неверными.

(А.Б. Кондратьев. Природа, 1997, №6, с. 120)

Введение

Одной из удивительных особенностей геологической науки является автономное развитие вот уже более 100 лет двух ее, казалось бы, взаимосвязанных ветвей - рудной и нефтегазовой. Оперируя одной и той же или близкой по смыслу специальной терминологией (бассейны, стадии, растворы-флюиды, температуры, давления, рН и Eh среды, законы фильтрации), а также исследуя объекты, расположенные часто в пределах одних и тех же региональных структур, геологи-рудники и геологи-нефтяники тем не менее шли своими обособленными путями.

Достижения наук о Земле, особенно во второй половине XX века, настолько расширили наши представления о процессах концентрации и рассеивания минеральных веществ в земной коре, что стало очевидным единство многих фундаментальных законов, контролирующих генерацию, миграцию и аккумуляцию промышленных объектов металлического, неметаллического и углеводородного сырья.

История развития взглядов на рудо- и нефтеобразование

Более 90% фундаментальных научных достижений приходится на вторую половину нашего столетия. Одним из обстоятельных примеров анализа развития учения о рудных месторождениях является последняя книга академика В.И. Смирнова <Плутонизм и нептунизм ...> (1987). Подробно эти же вопросы рассматривались А.М. Сечевицей (1976). Применительно к нефти и газу следует отметить работы И.О. Брода (1965), Н.Б.Вассоевича (1967) и ряда других. В них на основании новых материалов исследована эволюция представлений о природе процессов, приводящих к появлению крупных скоплений минерального вещества.

Осмысливание особенностей истории развития взглядов пройденного и разработка новых гипотез, концепций и парадигм - несущая потребность любой науки, в том числе такой фундаментальной, как геология. Итоговые обобщения возникают обычно в двух случаях: при появлении принципиально новых фактических данных, которые следует увязать как между собой, так и с опытом прошлого, или в связи с такими рубежами, как окончание столетия или юбилеем отдельных корифеев науки.

Сейчас, на пороге XXI века, опять появилась потребность осознать результаты развития различных разделов геологических наук, что мы и собираемся сделать в сравнительном плане применительно к направлениям, связанным с рудными и нефтегазовыми полезными ископаемыми. Эти два направления обособились в важные разделы геологии и в силу своего огромного экономического значения превратились в фундаментальные <учение о нефти> и <учение о рудах>.

Возникновение геологии полезных ископаемых приходится на вторую половину XVIII века и связано, в первую очередь, с такими именами, как М.В. Ломоносов (1750, 1763) и Д. Геттон (1795). Уже эти ученые высказывали идеи об общности механизмов рудо- и нефтеобразования, связанных с взаимодействием эндогенных (<жар Земли>) и экзогенных сил и процессов.

Однако развитие взглядов на формирование и размещение рудных и углеводородных полезных ископаемых пошло по двум независимым и практически не пересекающимся путям. Это первый парадокс параллельности их развития, который обусловлен тремя обстоятельствами: различиями в физическом состоянии (флюидное - нефти и газа, твердое - у рудных полезных ископаемых); характером залегания, а также методическими приемами, используемыми при их разведке: (глубокое бурение и сейсморазведка на нефть и газ, геокартирование, мелкое бурение и горные выработки на рудные полезные ископаемые).

Еще один парадокс развития рассматриваемых разделов геологии связан с общностью развития науки, заключающийся в борьбе двух как бы взаимоисключающих, противостоящих друг другу подходов. В рудной геологии это борьба плутонистов и нептунистов, прекрасно описанная в книге В.И. Смирнова (1987). В геологии нефти и газа - это противоборство, так называемых, органиков и неоргаников (Вассоевич, 1986). Другими словами, как в рудной, так и нефтегазовой геологии стремление познать истину проходило в противопоставлении двух начал, в основе которых был положен примат или эндогенный энергии, или внешней - экзогенной.

Третий парадокс развития учений о нефти и рудах заключен в терминологической общности описания процессов рудо- и нефтеобразования, возникшей вне какой-либо зависимости друг от друга. Так, в рудном ряду используются такие понятия, как <рудный расплав>, <рудная магма>, <инфильтрационные растворы>, <магматический очаг>, <постмагматические и магматические флюиды>, <металлоносный очаг>, <газовожидкий раствор>, <магматическая сфера>, <рудосфера>.

В нефтегазовой геологии употребляются: <углеводородный раствор>, <углеводородные флюиды>, <очаг углеводородобразования>, <нефтегазовый очаг>, <углеводородная сфера>.

И в том, и в другом направлениях используются понятия <генерации полезного ископаемого>, его <миграция и аккумуляция>, <конденсация>, <пульсация>. Для характеристики процессов рудообразования и нефтегазообразования применяются одни и те же словосочетания: эти процессы полихронны, полигенны и полистадийны (Вассоевич, Смирнов), а также термины <многофакторность> и <многоликость>.

Все эти обстоятельства не случайны и свидетельствуют о генетической общности процессов, приводящих к созданию месторождений руд, нефти и газа.

Нельзя сказать, что вопрос об общности процессов рудо- и нефтеобразования в литературе не затрагивался. Его в 20-е годы XX-го столетия ставил И.В. Вернадский, в 1967 г. этот вопрос в большой статье рассматривал Г.П. Поспелов, который проследил структурноморфологические аномалии рудных и нефтегазовых месторождений. Более того, он впервые употребил для рудных флюидов понятие <флюидные динамические системы> (рис. 1, 2, 3, 4). О парагенетических связях писал В.Н. Холодов (1986). Обширная сводка по этому вопросу принадлежит Д.И. Горжевскому с соавторами (1990), содержащая достаточно подробную библиографию. К вопросу о родстве углеводородного и рудного образования пришли исследователи газовожидких включений в минералах различного генезиса. О этом писали Е.М. Захарова (1975), Ф.П. Мельников (1989) и др.

Понятие природного породного раствора или расплава (ППРР)

Сегодня можно утверждать, что рудо- и нефтеобразование - это единый закономерно развивающийся процесс, обусловленный объективными природными законами. С общефилософских позиций этот процесс протекает в определенном направлении и заключается: в переводе исходного твердого вещества, содержащего в рассеянном состоянии рудные и углеводородные компоненты, во флюидное состояние; в миграции этого природного породного раствора или расплава преимущественно вверх по разрезу из зон с высоким давлением с температурой в зоны с низким давлением и температурой; в последовательном выщелачивании полезного компонента, его концентрации (аккумуляция) в виде залежей и месторождений различных полезных ископаемых в определенной вертикальной последовательности, отвечающей условиям перехода конкретных рудных и углеводородных компонентов из рассеянного флюидного состояния в концентрированное твердое, жидкое или газовое. Весь этот процесс перевода вещества из рассеянного твердого состояния через промежуточный флюидный этап с последующей конденсацией в промышленные скопления есть не что иное, как механизм превращения хаоса (беспорядочное распределение) в космос (упорядоченное).

Идея общности механизма рудо- и нефтеобразования в последние годы получила убедительное подтверждение благодаря двум открытиям общего характера. Первое связано с признанием нелинейности развития отдельных природных процессов. Второе является иллюстрацией первого и заключается в установлении тектоно-петрологической расслоенности литосферы и верхней (возможно и средней) мантии, выражающейся в чередовании зон уплотнения и разуплотнения. Это открытие имеет чрезвычайно важное значение. Дело в том, что зона разуплотнения представляет собой вместилища ППРР. Флюиды, насыщающие разуплотненные зоны, при нагреве значительно повышают внутреннее давление и за счет этого увеличивают свой объем, т.е. стремятся расшириться. Это обстоятельство приводит к созданию своеобразной гидравлической подушки (мантийного диапира), приподнимающей вышележащие слои, а также их прорывающей.

В результате возникает неравновесная и неустойчивая система, позволяющая, с одной стороны, перемещаться отдельным блокам земных оболочек относительно друг друга в вертикальном и горизонтальном направлениях, а с другой - за счет прорыва флюидов (магматических, гидротермальных, углеводородных и т.д.) осуществлять тепломассоперенос из глубоких недр Земли в ее верхние горизонты и тем самым усиливать процесс конвективного прогрева.

Представление о ППРР зон разуплотнения дает возможность понять и объяснить такие широко распространенные явления, как сейсмичность, покровообразование, соляно-купольный и глиняный диапиризм, грязевой вулканизм, гидротермальная деятельность, а также гидротермальное рудообразование, ассоциированное с вулканической и магматической деятельностью, алмазоносные трубки взрыва. Этим же объясняется нефтегазообразование и общность данного процесса с процессом рудообразования. Различия связаны с тем, что нефтегазообразование идет при сравнительно низких (100-150(С) температурах на первых километрах глубины, а рудообразование связано с глубинами рудоносных очагов в десятки и сотни километров, где температура достигает многих сотен градусов.

Общепризнанной теории возникновения зон разуплотнения в земной коре в верхней мантии пока не существует. Наиболее популярна концепция дефлюидизации. При погружении и нарастании температуры происходит трансформация физических свойств минералов и горных пород. Одни минералы переходят в другие. При этом их наименее связанные компоненты вытесняются из структуры минералов. Другими словами, происходит потеря летучих компонентов, которые включают прежде всего воду, а также газы. Происходит, так называемая, дегидратация или дефлюидизация пород, за счет которой создаются зоны разуплотнения, насыщения растворами и расплавами. Новообразованные флюиды и, в первую очередь, вода, переходя из связанного состояния в свободную фазу, переводят в раствор не только легко растворимые соли, но и такие парообразующие минералы, как кварц, кальцит, алюмосиликаты и другие.

ППРР, соучаствующие в создании зон разуплотнения, возникают и при плавлении горных пород в условиях погружения на большие глубины в зоны высоких температур. Так, пласты каменной соли трансформируются в горизонты жидкой раппы, которая при дальнейшем прогреве приобретает высокую внутреннюю энергию и прорывает вышележащие слои, образуя соляные диапиры и купола. Примерами этого же явления могут служить магматические и вулканические купольные образования.

Применительно к нефти и газу все это позволяет сделать два основополагающих вывода. Первый - нефть и газ, объединяемые понятием углеводородного раствора (УВР), есть не что иное, как тривиальный вариант сравнительно низкотемпературной дефлюидизации осадочных пород, обогащенных органическим веществом (ОВ). Второй - саморазвитие осадочного бассейна, испытывающего интенсивное погружение, приводит к созданию мощной системы восходящих тепловых потоков, активизирующих процессы нефтегазообразования во всем бассейне. Чем интенсивнее прогибание, тем выше уровень реализации нефтегазоматеринского потенциала, накопленного данным бассейном (рис. 5).

Другими словами, реализация нефтегазома-теринского потенциала в осадочном бассейне напрямую зависит от условий его прогрева. Эти условия на первом этапе связаны с внешними тепловыми потоками, источником которых являются тепловые потоки, образующиеся за счет дефлюидизации мантийных диапиров, а на втором этапе основная роль принадлежит тепломассоносителям из нижних частей осадочного разреза нефтегазоносного бассейна.

Как уже отмечалось, погружение осадочных пород сопровождается возникновением флюидонасыщенных зон разуплотнения. В верхней части осадочного разреза флюиды представлены водно-углеводородными компонентами, в нижней - водно-углекислыми, эвапоритовыми, рудными. Под действием возрастающей с глубиной температуры флюиды разогреваются и внутрипластовое давление аномально увеличивается. Это приводит к тому, что периодически разогретые флюиды прорываются в более высокие части осадочного разреза. Мигрирующие вверх флюиды, в свою очередь, являются мощными тепломассоносителями. Они реализуют конвекционный механизм весьма значительного дополнительного прогрева вышележащих осадочных толщ, тем самым резко ускоряя их катагенетическое преобразование. Здесь имеет место взаимодействие двух разнонаправленных вещественно-энергетических потоков. Один из них связан с погружением и катагенетическим преобразованием пород и содержащегося в них ОВ-продуктов жизнедеятельности бактериосферы, а с другой - с подъемом конвективного теплового потока, осуществляющего тепломассоперенос из нижних частей бассейна к его поверхности.

Вместе с тем, здесь следует иметь в виду, что составной частью вертикальных флюидных потоков закономерно являются нефть и природный газ, генерируемые очагами углеводородообразования. Очаги представляют собой погруженные части нефтегазоматеринских отложений, попавшие в зоны нефте- и газообразования, имеющие температуры 100(С и больше.

Углеводородные потоки, поднимаясь по трещинам и порам вверх по разрезу, пересекают коллекторские горизонты, где температура и давление ниже соответствующих показателей в очагах генерации. Это приводит к насыщению данных горизонтов нефтью и газом. Если процесс погружения бассейна достаточно длителен, то в его разрезе появляется несколько уровней расположения очагов генерации, а над ними несколько этажей размещения залежей углеводородов.

Применительно к процессу рудообразования, дело обстоит сложнее. Это связано с процессами расплавления пород на больших глубинах, но принципиального различия, по-видимому, нет. Разогрев приводит к появлению астеносферы, мантийных диапиров, очагов магматизма и вулканизма, которые под высоким давлением прорывают земную кору и попадают путем многоступенчатой сепаратизации в верхние слои литосферы, где они в условиях низкой температуры и давления образуют рудные скопления.

Таким образом, земная кора и мантия представляют собой многоэтажную суперсистему сложного строения и обмена тепловой энергией. В этой системе имеет место перевод пород из твердого состояния в расплав-раствор.

Под влиянием возрастающего внутреннего давления ППРР флюиды прорываются вверх, осуществляя вертикальную миграцию насыщенных полезными компонентами рудных или углеводородных растворов. Эти растворы, попадая в зоны более низких температур и давлений, последовательно теряют те или иные полезные компоненты, осуществляя тем самым ступенчатую конденсацию руд, нефти и газа.

Еще одно следствие из теории ППРР заключается в том, что можно говорить о возникновении нового направления геологической науки - флюидодинамической геологии месторождений рудных и нефтегазовых полезных ископаемых. XX век разрешил и еще одну фундаментальную проблему - роль экзогенных и эндогенных факторов в рудо- и нефтеобразовании. В природе существует вся гамма переходов от чисто эндогенных систем к экзогенным. Намечена иерархическая связь глобальных, региональных и локальных факторов, влиявших на разномасштабные процессы концентрации минерального вещества.

Подводя итоги уходящего ХХ века, можно утверждать, что одним из важнейших результатов в области геологии полезных ископаемых может служить разработка единой теории рудо- и нефтеобразования.

Флюидодинамические системы (ФДС)

Глобальные факторы, определившие большое разнообразие флюидодинамических систем, обусловлены процессами, протекающими в верхней мантии и нижних горизонтах земной коры. Выделяются тектонически активные зоны и области, где отмечается аномально высокий тепловой поток и выход мантийного материала в поверхностные части коры (срединно-океанические хребты, зоны субдукции, рифтовые системы, активные границы литосферных плит), и стабильные платформы. Для последних характерны медленные и длительные (до 300-1500 млн. лет) поднятия и погружения коры (Е.В. Артюшков, 1993). Прогибания вызваны уплотнением нижней коры за счет фазового перехода габбро в гранатовые гранулиты. Поднятия происходят при попадании в структурные ловушки в подошве литосферы аномальной магмы, из которой выплавляются дополнительные порции бальзатов.

Наиболее мощно процессы массопереноса во флюидных потоках осуществляются в зонах долгоживущих глубинных разломов, маркирующих борта региональных континентальных прогибов и поднятий и рифтогенных структур. В последние годы выявляется все большая роль флюидных систем в образовании и преобразовании земной коры и локализации в ее пределах разнообразных типов полезных ископаемых. Области функционирования таких систем образуют сферические зоны в составе земной коры, различающиеся по термодинамическим параметрам. Наиболее продуктивна верхняя флюидосфера, которую часто называют рудосферой, имеющая мощность 5-10 км. Именно в ней сконцентрировано более 90% всех типов и видов полезных ископаемых.

В непрерывных геологических структурных комплексах рудо- и нефтегазоносные образования занимают дискретное, вполне закономерное положение. Они являются структурно-вещественными аномалиями, возникающими при следующих условиях:

активное участие минерализованных флюидных фаз в структурообразующих процессах;

существование оптимального режима деформирования (скорость деформирования 10-10 - 100 с-1, девиатор напряжений 30-60 Мпа, общие РТ-условия: Р=0, 1-50 Мпа, Т=10-5000С) в течение короткого приода времени (103-105 лет);

возникновение и развитие флюидных систем и локализация в них месторождений, которая сопровождается широкой гаммой динамических эффектов (сейсмоэлектрических, сейсмомагнитных, термоакустических, вибромиграционных и др.);

наличие высокоградиентного поля напряжений, которое направляет, фокусирует флюидные минерализованные потоки и создает геодинамические барьеры рудоотложения.

Чем ближе к дневной поверхности, тем более высока скорость формирования продуктивных структур, тем короче жизнь структурообразующих систем, тем выше девиатор напряжений и ниже общие РТ-условия. По мере перехода от мезозональных к эпизональным уровням структурообразования возрастает роль хрупких деформаций, а пластические деформации осуществляются с помощью особого механизма - гидропластического течения.

Рудо- и нефтегазоносные структуры, более чем какой-либо другой параметр геологической системы, участвуют в процессе перемещения и отложения минерального вещества. Их формирование сопряжено во времени и пространстве с анизотропной высокоградиентной системой массопереноса флюидных компонентов в тектонически активных зонах и центрах (рудно-магматических, вулканогенно-рудных, гидротермальной деятельности, очагах нефтегазообразования в осадочных бассейнах и т.д.), где сопряженно развиваются тектонические деформации, формируется минерализованная флюидная система и активно проявляются динамические эффекты.

Скорость деформирования пропорциональна величине девиаторного напряжения и связана с наличием или отсутствием флюидной фазы. В процессе деформирования создается система флюидопроводников. Наличие высокого градиента давления способствует повышению скорости фильтрации (вынужденная конвекция).

Таким образом, важнейшими условиями возникновения эндогенных месторождений являются: проницаемость среды, наличие термальной флюидной фазы, существование анизотропного поля напряжений и высокий градиент падения главных тангенциальных напряжений. В полной мере такие условия реализуются в обстановке регионального сжатия, при сдвиговых деформациях. Области растяжения являются локальными зонами, где происходит падение напряжений и разгрузка минерального вещества. Продуктивные структурные парагенезисы формируются при участии интенсивных динамических эффектов, которые проявляются только в жестких контактных системах при наличии прочных связей, в зонах сжатия и уплотнения.

Гидравлическая (диапировая) геодинамика

Роль флюидных систем в структурообразовании настолько велика, что выделилось специальное направление в геологии - гидравлическая (диапировая) тектоника (геодинамика). Она рассматривает формы, пространственное положение и происхождение структурных парагенезисов, объединяющих пластические и хрупкие деформационные элементы, которые возникли под воздействием давления на горные породы жидкости, газа, магматического расплава или их смесей (Старостин, Иванчук, Сандомирский, 1979).

Миграция минерализованных растворов в толщах пород контролируется общими и локальными полями напряжений, которые создают на отдельных участках избыточное давление поровой жидкости, что ведет к двустадийной деформации. В течение первой стадии происходит расширение трещин, расположенных под небольшим углом к направлению давления, и закрытие разрывов, ориентированных перпендикулярно. Во вторую стадию продолжают расширяться и удлиняться отдельные трещины по благоприятным направлениям и закрывается масса сопутствующих им мелких нарушений.

Гидравлические структуры широко распространены на месторождениях эндогенных руд, в частности, на месторождениях типа Миссисипийской долины, на вулканогенно-осадочных колчеданно-полиметаллических месторождениях в областях сжатия и растяжения и на медно-порфировых месторождениях.

На колчеданных месторождениях Рудного Алтая к таким структурам приурочены кварц-карбонат-барит-полиметаллические рудные тела, для каждого из которых характерны автономная минеральная, геохимическая и петрофизическая зональности. Состав залежей формировался за счет ремобилизации и переотложения компонентов ранних руд и, частично, за счет привнесенных из более глубинных источников.

Важная роль в перераспределении и отложении рудного вещества принадлежит гидравлическим процессам, она заключается в реализации благоприятного сочетания тектонофизических и гидродинамических явлений, приведших на ранних стадиях к возникновению магистральных трещин гидроразрывов и флюидных камер, а на поздних - к формированию в этих камерах полистадийных рудных тел. Данные структуры выполняют роль концентратов оруденения.

Причиной и стартовым моментом начала функционирования процессов гидравлической тектоники, наиболее вероятно, служили вертикальные тектонические движения и сопряженные с ними сдвиговые деформации. Они являются важнейшим компонентом единого цикла создания и деструкции земной коры. Особенно энергично подобные движения происходят в орогенных областях. Быстрый подъем огромных масс горных пород и их разрушение в горных сооружениях вызывает в приповерхностной зоне явления литостатической разгрузки. Скорости подъема блоков пород, согласно современным измерениям в Скандинавии, на Кавказе и в других регионах, по данным Н.И. Николаева (1988), П.Н. Николаева (1978) и В.К. Кучая (1983), колеблются в широких пределах: от 0,1 до 1-2 и даже более 10 мм/год.

Из анализа литературных данных и расчетов, выполненных А.А. Пэком (1990), следует, что длительность орогенного этапа в орогенных областях составляет 30-40 млн. лет, скорости подъема варьируют в пределах 0,07-4,5 мм/год, составляя в среднем около 1 мм/год. Амплитуды подъема достигают нескольких десятков километров.

В орогенных областях сопряженно развиваются два процесса: подъем к поверхности тектонически напряженных блоков пород и формирование вдавленных блоков (рамповые грабены). В первом случае происходит не только общее падение напряжения, но и более быстрое сокращение вертикальной составляющей тензора напряжений, возникает девиатор напряжений с вертикально направленными растягивающими усилиями. В результате мы имеем деформацию вертикального сдвигания при дополнительном горизонтальном сжатии. Это приводит к образованию трещин: горизонтальных - отрыва и сколовых - под различными углами к поверхности. По мере подъема массива и релаксации напряжения система <разваливается>: в поднятых блоках трещины отрыва становятся сначала наклонными, а затем вертикальными.

Во втором случае имеет место зонный орогенез (по В.К. Кучаю). В литосфере орогенов формируются астенолинзы. Под хребтами-поднятиями давление на астенолинзы больше, чем в соседних депрессиях. Вещество линз перетекает из поднятий в кору депрессий. Гранитные и базальтовые литопластины (а только они передают горизонтальное сжатие) под поднятиями более мощные, чем под депрессиями. На границах этих структур сплющиваются и утолщаются края литопластин, в результате здесь имеют место аномально высокие скорости движения. Происходит процесс приращения поднятий за счет предгорий.

Деформационные процессы в коре орогенов наиболее удачно можно объяснить с позиции модели всестороннего сжатия, разработанной В.К. Кучаем. Во вдавленных блоках на границах поднятий и депрессий накапливается большая плотность упругой энергии. В перенапряженных породах в результате всестороннего сжатия при образовании поверхности разрыва начинается процесс самопроизвольного хрупкого разрушения. Из самых общих представлений теории поля следует, что в перенапряженных сжатием породах достаточно возникновения незначительных добавочных девиаторных напряжений, чтобы осуществился переход энергии объемной деформации в энергию изменений формы или переход потенциальной энергии в кинетическую. Формируется очаг множества лавинообразно развивающихся хрупких трещин. Положение таких очагов совпадает с позицией центров разномасштабных землетрясений. Чем более прочные и упругие комплексы пород, чем больше их объем, и чем больше в них накопилось упругой энергии, тем более значительные массы пород будут брекчированы. Вертикальный диапазон образования таких брекчий в зависимости от конкретных геологических условий в орогенах колеблется от 5 до 25-30 км.

Подобные представления согласуются с геологическими данными. Находят объяснение образование мощных тел и зон объемных брекчий с <висячими>, без признаков смещения, обломками и разрушение прежде всего наиболее прочных, упругих, малопористых пород на плутоногенных гидротермальных, скарновых, меднопорфировых, некоторых магматогенных и других эндогенных классах и типах месторождений.

Высказанные нами представления несколько дополняют идею о тектоно-кессонном геодинамическом эффекте, развиваемую П.М. Горяиновым и И.В. Давиденко (1979). Они объясняют все многообразие не только брекчиевых образований, но и бескорневых тел гранитов, пегматитов явлениями либо резкого, либо постепенного падения давления при подъеме блоков пород к поверхности. Вероятно, этот механизм образования геологических структур и деформации пород существует, но он не универсален и ограничен масштабами скоростей подъема, физико-механическими свойствами пород, типами и интенсивностями региональных полей напряжения и рядом других менее значимых факторов.

Таким образом, на границах вдавленных и поднимающихся блоков пород в упругоперенапряженных зонах с большим запасом энергии на глубинах 5-25 км формируются тела брекчий. В приповерхностных зонах при условии быстрого вертикального подъема тектонических блоков протекают процессы релаксации упругих напряжений, возникает анизотропное поле напряжений и формируется структурный парагенезис литостатической разгрузки (рис. 6). Он представлен горизонтальными трещинами отрыва, двумя системами трещин скола, чешуйчатыми кулисными отрывами, изогнутыми, дугообразными разрывами, которые оконтуривают удлиненные будинообразные блоки пород. Особенности этих дизъюнктивов - их полная сопряженность, отсутствие смещений, перетертого милонитового материала, следов участия флюидной фазы. Такие разрывы рассекают без смещения самые разнообразные породы вне зависимости от литологии и текстурно-структурных особенностей слагающих поднятый блок магматических, метаморфических и осадочных комплексов.

Эндогенные рудно-магматические системы

Системы этого типа распространены во всех глобальных структурах земной коры. Среди них наиболее изученными и уникальными по масштабам накопления рудного вещества выделяются: гипербазито-базитовые медно-никелевые, гранитоидные полиэтапные оловорудные, кимберлитовые и лампроитовые алмазоносные, базальтоидные субмаринные колчеданные и ряд других (рис. 7, 8).

Гипербазит-базитовые медно-никелевые системы. К этому типу относятся крупнейшие в мире рудные узлы, ассоциированные с расслоенными ультраосновными - основными комплексами (Садбери в Канаде, Бушвельд в Южной Африке, Норильск на Северо-Западе Сибирской платформы и др.). Все они приурочены к региональным глубинным разломам, ограничивающим крупные стабильные жесткие мегаблоки земной коры; развиваются на коре континентального типа; масштабы оруденения коррелируются со степенью дифференциации мантийных расплавов; процессы формирования рудоносных плутонов протекают в обстановке растяжения и с высокой скоростью; рудные районы характеризуются полиэтапностью развития и многоярусностью строения.

Норильская рудно-магматическая система, изученная О.А. Дюжиковым, В.В. Дистлером и др. (1986), приурочена к Приенисейскому мегаблоку, ограниченному крупнейшими мезозойскими внутриконтинентальными рифтами Земли - Енисейско-Хатангским и Западно-Сибирским. Главной магморудноконтролирующей структурой района служит Норильско-Хараелахский глубинный разлом (рис. 9).

Рудно-магматическая система формировалась в процессе миграции гипербазит-базитового расплава в южном направлении на расстояние в десятки - первые сотни километров. Вкрапленные и массивные руды приурочены к полнодифференцированным сульфидным гипербазит-базитовыми интрузивам, локализованным в подошве платформенного чехла.

Вулканогенно-рудные системы

Вулканогенно-рудные системы (центры) представляют собой долгоживущие (миллионы - десятки млн. лет) обычно изометричные в плане (диаметр 1-10 км) участки магматической и металлогенической активности (Яковлев, Авдонин, Старостин, 1986). По вертикали оруденение распространено до глубин 10-12 км. Выделяются два типа рудно-магматических центров: вулканический открытый и глубинный магматический закрытый.

Вулканические открытые системы представлены тремя подтипами: молибденпорфировым, колчеданным субмаринным и карбонатитовым (рис. 7).

Медно-молибденпорфировые вулканические и вулкано-плутонические системы обычно располагаются в пределах вулкано-плутонических дуг активных окраин континентов (Митчелл, Гарсон, 1984). Они пространственно и генетически связаны с гипабиссальными интрузиями монцонитового, диоритового и гранодиоритового составов. В глубинных частях систем развита собственно медномолибденовая минерализация. В слабоэродированных структурах сохранились и верхние вулканические (жерла, некки, кальдеры) элементы магматических систем с присущими им проявлениями ртути, свинца, цинка и редких земель. Примерами таких систем могут служить рудные районы в западной части синклинория Янцзы (Китай). Одно из них - Туншанькоу, детально изученное Чжэн Ланьчжэ (1995), относится к медно-молибденпорфировому типу. Здесь рудные тела приурочены к эндо- и экзоконтактам юрско-мелового склоняющегося в восточном направлении штока гранодиоритпорфирового и кварц-монцонитового состава, прорывающего толщу триасовых карбонатных пород (доломитов, известняков, мраморов).

Особенностью формирования месторождения является тесное сочетание скарновых и высокотемпературных плутоногенных гидротермальных процессов. В эндоконтактах штока преобладает медно-порфировое, а в экзоконтактах - типичное медное магнезиально-скарново-жильное оруденение. Основная масса руд образует почти сплошное тело в форме усеченного конуса на контакте интрузивных пород с доломитовыми мраморами. Кроме того, внутри штока выделяются многочисленные мелкие линзо-, пласто- и штокообразные тела вкрапленных медных и молибденовых руд, а во вмещающих мраморах - как метасоматические залежи, так и одельные жилы и жильные штокверковые зоны.

В истории формирования месторождения выделяются два главных этапа - прототектонический и постмагматический. С первым этапом связано внедрение интрузивного комплекса в Яншаньскую эпоху (153 -127 млн. лет) в триасовые отложения, испытавшие четыре фазы складчатости, образование прототектонических структур внутри интрузивного штока и сопутствующих дизъюнктивов во вмещающих мраморах. Второй этап протекал в режиме литостатической разгрузки, сопровождался полистадийной флюидной постмагматической деятельностью и формированием метасоматической зональности (филлизититовые кварц-серицитовые и пропилитовые зоны) и рудообразованием.

Установлен отчетливый структурно-петрофизический контроль оруденения. Ведущую роль в формировании рудовмещающего структурного парагенезиса играли две резко контрастные по физико-механическим свойствам группы пород: карбонатная (доломиты, известняки, мраморы) и интрузивная (диориты, гранодиориты, кварцевые монцониты и др.). Для карбонатной группы характерны повышенные упруго-прочностные свойства (Е=7,15х104 Мпа, Тв = 163 НВ, ( = 435 К, Кпк = 0,73) по сравнению с породами интрузивной группы (Е = 5,8х104 Мпа, Тв = 135 НВ, ( = 403 К, Кпк = 0,20). Это различие привело к возникновению на границе таких контрастных петрофизических сред трещинно-брекчиевых зон, контролировавших движение рудоносных флюидных потоков. В свою очередь, эти потоки энергично метасоматически перерабатывали как интрузивные, так и осадочные породы. В результате формировались оруденелые блоки, отличающиеся от вмещающих слабоминерализованных пород повышенной плотностью и упругостью (Е = 7,25х104 Мпа, ( = 438 К, Кпк = -0,83). На всех стадиях рудного процесса они были весьма хрупкими (Тв = 115 НВ) и неоднородными (коэфициент неоднородности Кн = 0,28) образованиями.

Практически все рудные тела локализованы в пределах зоны, оконтуренной изолиниями 150 НВ. Для руд характерны минимальные значения твердости (115 НВ) и максимально высокие температуры Дебая (438 К), величины модуля упругости (Е = 7,25х 104 Мпа) и Кпк (-0,83).

Проведенное исследование позволило установить сложную полигенную и полихронную природу месторождения Туншанькоу. Оно формировалось в обстановке воздымающихся орогенических движений в раннемеловую эпоху. Внедрение гранодиоритовой магмы в триасовые карбонатные толщи происходило в региональном поле напряжений, характеризующихся субмеридиональным сжатием и широтным растяжением. Выделены два основных этапа формирования месторождения. В ранний прототектонический этап действовал механизм поперечного изгибания при вертикальной ориентировке оси (3. В этот этап происходили высокотемпературные метасоматические измененения: калишпатизация, ороговикование, раннее сканирование.

Образовались небольшие тела вкрапленных молибденитовых руд. Наиболее интенсивно рудообразование протекало во второй постинтрузивный этап. В это время начал действовать механизм литостатической разгрузки, произошла переориентировка поля напряжений. Наибольшее растяжение отчетливо стало действовать в субвертикальном направлении. Возникли пологие трещины отрыва и сопряженные с ними трещины скалывания. Активно функционировала гидротермальная система, контролировавшаяся меридиональными контактами гранодиоритового штока. Образовались главные порфировые (в эндоконтакте) и скарновые (в экзоконтакте) рудные тела.

В металлогенической провинции средней и нижней части бассейна реки Янцзы перспективными на обнаружение медных и медномолибденовых месторождений сложного порфирово-скарнового типа являются меридиональные зоны тектонических нарушений, приподнятые блоки триасовых карбонатных пород (горст-антиклинали), западные и восточные контакты интрузивных штоков, участки хрупких метасоматически переработанных как интрузивных, так и осадочных пород.

В связи с тем, что образование мест