Глава 15. Геологические структуры месторождений полезных ископаемых

Основы существующих в настоящее время классификаций рудоносных структур были заложены В.М. Крейтером, который использовал в качестве ведущего признака морфологический тип геологической структуры, вмещающий или контролирующий ло­кализацию рудного вещества. В соответствии с этим принципом выделено пять типов структур месторождений: 1) складчатые, 2) разрывные с перемещением, 3) трещинные, 4) кливажные мик- ротрещинные. 5) трубчатые и более сложные.

Подобный подход характерен для большинства предложен­ных в последующие годы общих классификаций. Так, в система­тике Ф.И. Вольфсона и П.Д. Яковлева (1975, 1985) дополнитель­но выделено пять типов: 1) осложненные разрывными наруше­ниями контакты интрузивных массивов, 2) расслоенные интру­зии, 3) кольцевые многофазовые интрузии, 4) вулканические со­

оружения, 5) трубки взрыва. Как мы видим, морфологический признак дополнен элементами интрузивной и вулканической тектоники.

Таким образом, наметилась отчетливая тенденция привязать структурную типизацию к промышленно-генетической класси­фикации рудных месторождений. Дальнейшее развитие этот принцип получил в работе Г.Ф. Яковлева (1982), который выде­лил четыре серии структур рудных полей и месторождений: тек- тоногенную, тектономагматогенную и тектоноэкзогенную.

Наиболее полная классификация экзогенных структур при­менительно ко всем сериям месторождений полезных ископае­мых разработана Г.Ф. Яковлевым. Он выделил среди них три класса: континентальный, шельфовый и тектоноэкзогенный, в каждом из которых намечены типы и подтипы.

В.И.Старостиным эта классификация была дополнена и приобрела следующий вид:

1. Континентальные структуры: 1) эрозионные (поверхности выравнивания, выступы фундамента); 2) гидрографические (до­линные, русловые, дельтовые); 3) экзогенные трещинные струк­туры; 4) карстовые; 5) экзогенно-эндогенные.

2. Морские структуры: 1) прибрежно-морские (подводного склона, баровые, рифовые, банковые, лагунные, аллювиальные конусов выноса); 2) гравитационные (оползневые); 3) конседи- ментационные депрессии, поднятия и разломы.

3. Гидравлические структуры: 1) континентальные осадоч­ные бассейны артезианского типа; 2) гидравлические брекчиевые зоны; 3) гидравлические купола.

Приведенная классификация отражает только часть из вы­явленных к настоящему времени типов экзогенных структур. Кроме того, на месторождениях часто встречается сложное соче­тание как собственно экзогенных, так и экзогенно-тектониче­ских и наложенных на них более поздних метаморфических структур.

Параллельно с разработкой общих классификаций создают­ся обширные и разнообразные частные классификации, объекта­ми анализа которых являются не только различные семейства, классы, типы и виды минерального сырья, но и отдельные мор­фологические типы структурных форм. Так, существуют система­тики структур гидротермальных, штокверковых, кольцевых, стра­та формных, медно-порфировых и других типов месторождений.

Несмотря на большое разнообразие классификаций, все они в качестве ведущего признака при типизации структур использу­ют обобщенный современный облик рудного объекта, т.е. в ос­нову их положен все тот же морфологический признак.

Недостаточность такого подхода обнаруживается при иссле­довании метаморфизованных месторождений, а к ним относится большинство рудных объектов. Например, к такому типу или классу отнести структуры колчеданных месторождений Урала, Рудного Алтая, Скандинавских каледонид и других провинций. Первоначально они образовались в разнообразных геотектониче­ских позициях и характеризовались широким спектром первич­ных рудоносных структур. В последующем процессы региональ­ного метаморфизма не только существенно изменили их структу­ры, но и привели к ремобилизации и переотложению рудного вещества в новых структурных обстановках. Итак, на одном и том же объекте мы имеем рудные тела стратиформного типа и локализованные в складчатых и разрывных нарушениях. Эти ме­сторождения можно отнести и к пластовым, и к складчатым, и к разрывным со смещением. Все зависит от взглядов исследователя.

В связи с этим представляется целесообразным дополнить характеристику рудных объектов геодинамической систематикой структур месторождений. Для этих целей целесообразно исполь­зовать в качестве классификационных признаков не один или два, а все основные параметры, кардинально влияющие на осо­бенности исследуемых геологических структур. Анализ материа­лов по разнообразным промышленно-генетическим семействам, типам и классам месторождений показал, что таких параметров шесть: петрофизические свойства среды, термодинамические ус­ловия струкгурообразования, полихронность палеотектонических обстановок, механизмы деформирования, структурные парагене­зисы и региональная геотектоническая позиция.

Основные петрофизические типы сред структурообразования

Понятие среда структурообразования включает физические и механические свойства горных пород и тесно с ними связан­ные деформационные характеристики, которые в значительной мере не превышают порог ползучести, ведут себя как пластично­вязкие вещества и испытывают значительные по масштабам пла­стические деформации.

Температура и всестороннее давление сокращают величину предела упругих деформаций и благоприятствуют пластическому течению материала, нивелируя первичную контрастность в фи- зико-механических свойствах различных типов горных пород.

Несмотря на то, что основная масса горных пород в припо­верхностной зоне земной коры относится к упругим хрупким об­разованиям, в реальных геодинамических обстановках они раз­деляются на петрофизические и геомеханическис комплексы, группы и подгруппы, различающиеся интенсивностью трещино-

образования, способностью образовывать брекчии и милониты, испытывать синтектоническую перекристаллизацию и пластиче­скую деформацию. Каких-либо определенных числовых парамет­ров, характеризующих отмеченные выше тектонические преоб­разования твердых тел, не существует. Однако, если всесторонне описать упруго-прочностные, петроплотностные и фильтрацион­ные свойства горных пород, то по этим характеристикам можно ориентировочно предсказать деформационное поведение этих образований в различных обстановках и при разных геодинами- ческих режимах. Учитывая данные ограничения, авторы выдели­ли три основных петрофизических типа среды струкгурообразо- вания: упругий, упругопластичный и упруговязкий. К первому отнесены породы, характеризующиеся пониженной способно­стью к пластическим деформациям и обладающие относительно высокой вязкостью. По классификации М.В.Гзовского, это ком­плексы III категории вязкости.

Полевые признаки подобных образований, грубая слои­стость, слабое развитие складчатых форм, повышенные макро- и микро-трещиноватость, широкое распространение брекчиевых структур, линзовидно-блоковый тип складчатости. По составу среди пород этого типа встречаются массивные кварциты, гру­бослоистые туфы кислого состава, гранитоиды, лавовые и суб- вулканические дацит-риолитовые фации. В ряде случаев к по­добному типу относятся доломиты, скарноиды, роговики и др.

Важным свойством типично упругих пород является низкое значение коэффициента Пуассона (Ь=0,01— 0,2). В целом это весьма хрупкие образования. До предела упругости они ведут себя как идеально упругие тела, подчиняясь закону Гука. При даль­нейшем повышении напряжений они практически сразу же раз­рушаются, испытывая очень небольшую по величине пластичес­кую деформацию. В зависимости от пористости, текстурно­структурных особенностей и состава породы данного типа разделяются на многочисленные группы и подгруппы, различаю­щиеся упругопрочностными фильтрационными характеристика­ми. Наиболее крайними из них являются:

1) пористые (10—20%), малопрочные (40—100 МПа), с низ­кой твердостью (70—100 НВ), плотностью 1,5—2,4 г/см³, упруги­ми модулями G= (1,5—2,5) 10⁴ МПа, Е = (3—4)10⁴ МПа и темпера­турами Дебая 50—150 К образования; 2) малопористые (0,5—3%), относительно прочные (200— 250 МПа), твердые (300—350 НВ) и упругие (G=4,0-10⁴ МПа, Е=(8—10) 10⁴ МПа) породы.

Для первой группы характерны максимально высокие зна­чения комплексного петрофизического коэффициента (3—5), а для второй — пониженные (0,5—1). Упругопластичный тип ха- растеризуется значительными пластическими деформациями, пониженной вязкостью и невысокими упругопрочностными свойствами. М.В. Гзовский относил эти породы к образованиям I и II категорий вязкости, среди которых выделяются тонкослои­стые флишоидные терригенно-карбонатные толщи, эвапорито- вые серии, серицитовые, хлоритовые и серпентинитовые слан­цы, пачки глинисто-алевролитовых пород и тонкослоистых туф- фитов. Для образований данного типа характерны высокие зна­чения коэффициента Пуассона (0,30—0,45), широкое развитие дисгармоничной складчатости, проявлений диапиризма и боль­шие величины деформаций. В целом породы характеризуются низкими значениями К_пк=(0,0—0,5), Q=50—250 К, Тв=50—200 НВ, R_cjt=50—150 МПа и Е = (3 — 7) 10⁴ МПа. Как правило, это породы с пониженной плотностью (1,5—2,8 г/см³) и пористостью (0,5-5,0%).

К третьему, упруговязкому типу относятся наиболее вязкие, жесткие, плотные и малопористые образования. Они характери­зуются максимально высокими среди коровых комплексов значе­ниями упругопрочностных параметров: G=(3—5,5)10МПа; Е=(6—12) 10⁴ МПа, Q=350-500 К, Тв = 250-450НВ, К_еж=150— 300 МПа, К =0,0—(-5,0). Эти породы имеют большие значения предела упругости, а при значительных по величине и длитель­ных по времени воздействия напряжениях испытывают пласти­ческие деформации. Порог ползучести данных образований дос­таточно высок и составляет первые десятки мегапаскалей. По составу это массивные габбро-диабазы, перидотиты, метаморфо- генные образования амфиболитовой и гранулитовой фации (гранитогнейсы, амфиболиты, кристаллические сланцы, эклогиты и др.).