книги из ГПНТБ / Туговик, Г. И. Эксплозии и рудный процесс

нне пустот. Под большим давлением, существующим в природе, такие полости, конечно, не образуются. Они заполняются брекчи­ ями или магматическим материалом.

Г. Трапп через слой песка мощностью около 2 см, перекрытый слоем глины мощностью около 0,5 см, нагнетал воду. Глина сверху была покрыта водой (статическая нагрузка). Между песком и глиной возник водяной прослой мощностью около 0,5 см, образо­ вание которого сопровождалось вспучиванием глины и формиро­ ванием под ней куполообразных полостей и некков. При дальней­ шем нагнетании воды слои глины над сводами мелких куполов прорвались, и вода, поступающая под глину, вместе со взвешенными частицами глины прорвалась в верхний, перекрывающий водный слой; при этом образовались подводные трубчатые структуры (псевдовулканы). В результате давление с обеих сторон глиняного пласта уравновесилось.

Изменение формы пластообразного тела при куполовидном вспучивании представляет, согласно В. Н. Даниловичу (1953), не­ однородную деформацию, которая чаще всего бывает трехосной. При этом виде деформации во всех точках тела малые оси С, по которым происходит сокращение размеров, располагаются вкрест ближайшим участкам оснований, а параллельно последним лежат оси А (ось удлинения) и В.

Для характеристики данной деформации В. Н. Данилович ис­ пользует понятие «образующая купола»; под этим понимается кратчайшая линия на поверхности купола, соединяющая его цент­ ральную точку с какой-либо точкой эллипса, ограничивающего купол. Проекция образующей на плоскость этого эллипса •— радиус-вектор последнего. Обладая прямой проекцией, образую­ щая является кривой линией, так как лежит на поверхности купола.

Через любую точку тела можно провести линию, параллельную ближайшим участкам его оснований, которая при деформации испытывает наибольшее искривление. В общем случае такая ли­ ния наибольшей крутизны либо перпендикулярна к направлению

следней.

Таким образом мы получаем представление об ориентировке осей деформации в различных точках купола, возникающего при медленном наращивании напряжений. Во всех его частях дефор­ мацию можно считать прямой, так как она обусловлена либо

140

давлением (напором магмы или летучих компонентов), направлен­ ным снизу вверх, либо падением давления, происходящим в резуль­ тате усадки при кристаллизации или оттоке магмы.

В природе мы встречаемся с четырьмя типами рудоносных

ориентированы перпендикулярно к образующим в его периклипальных частях, а в центральной и боковой частях, т. е. в большей части купола, эти оси совпадают с направлением образующих. На склонах купола, обладающих правильной округлой или близ­ кой к тому формой, ориентировка осей деформации по отношению к образующим одинакова во всех частях (рис. 40,1, в и г). При этом ось А располагается либо концентрически (в пологом куполе), либо радиально (в крутом куполе). В центре круглого купола имеет место равное удлинение во всех направлениях, параллельных ос­ нованиям. Поэтому здесь деформация изображается эллипсоидом вращения, осью которого служит ось С.

Рассмотренным положением осей деформации при куполовид­ ном вспучивании определяется ориентировка трещин, которые могут быть обусловлены механической активностью магмы и под­ нимающихся летучих. При малой пластичности вмещающих пород преимущественно возникают трещины отрыва. В соответствии с ориентировкой осей, по которым происходит удлинение, эти тре­ щины должны располагаться концентрически или радиально по отношению к куполу (контактам интрузии или контактам полости,

впределах которой накапливаются летучие).

Всвязи с тем что при дайной деформации удлинение происхо­ дит по двум осям (А и В ), в одной и той же части тела могут воз­ никнуть трещины отрыва по двум взаимно перпендикулярным на­ правлениям. Наиболее вероятно образование трещин, перпендику­ лярных к оси А, поскольку по этой оси происходит максимальное удлинение и которая занимает различное положение в пологом и крутом куполах, трещины же отрыва, нормальные оси В, развива­

ются слабо или совсем не проявляются.

В удлиненном пологом куполе имеются благоприятные условия для формирования радиальных трещин отрыва; наиболее интен­ сивно они развиваются в периклинальных участках, где происхо­ дит концентрация напряжений, реже они проявляются в осталь­ ных частях. В удлиненном крутом куполе в периклинальных участках условия также благоприятны для образования радиаль­ ных трещин отрыва, в остальных местах купола — концентриче­ ских трещин с падением к центру эксплозивного сооружения или в стороны от него. Вполне понятно, что над осевой частью удлинен­ ного купола наиболее легко возникают продольные вертикальные

141

трещины отрыва, что наблюдается в экспериментальной и природ­ ной обстановке.

В округлом куполе в зависимости от ориентировки оси А легче возникают либо радиальные (пологий купол), либо концентриче­ ские (крутой купол) трещины отрыва. Последние сходятся в вер­ шине упола, где имеют максимальную мощность (зияющий харак­ тер).

При деформации вспучивания, обусловленной выдавливанием брекчиевого материала и накапливающимися летучими вещест­ вами, могут возникнуть и трещины скалывания (до 4-х систем); легче проявляются те из них, которые связаны с удлинением по оси А. Сколовые трещины встречаются совместно на одних и тех же площадях с трещинами отрыва и, видимо, развиваются позд­ нее последних. Анизотропия пород, в том числе и более ранняя трещиноватость, благоприятствуют проявлению лишь таких тре­ щин скалывания, которые простираются параллельно к ближай­ шему краю купола и при этом падают к его центру. С такими трещинами связывается образование надвигов, которые встре­ чаются в экзоконтактах многих рудоносных брекчиевых эксплозив­ ных сооружений, а также сбросов (последние развиваются и по трещинам отрыва). При удлиненной форме эксплозивного соору­ жения эти смещения бывают приурочены к его продолговатым частям (продольные разрывы) и отсутствуют в периклинальных.

В центре округлых куполов и на их периферии возможно обра­ зование замкнутых кривых трещин скалывания, имеющих форму конуса или воронки. Такие трещины либо обусловливают конфи­ гурацию самого эксплозивного сооружения либо, при их запол­

Особенно благоприятными для возникновения эксплозивных со­ оружений и отложения рудной минерализации являются места пе­ ресечений зияющих трещин отрыва, развивающихся над вершиной купола, с замкнутыми кольцевыми трещинами скалывания. Псев­ доокруглая форма центрального эксплозивного сооружения, выпол­ ненного брекчиевым материалом, требует для своего формирования наименьшей энергии. Замкнутые же трещины скалывания явля­ ются теми поверхностями раздела, по которым легче всего про­ исходят перемещения материала.

Изложенные теоретические представления подтверждаются экспериментальными данными и наблюдениями в природной об­ становке, описанными при характеристике разрывов изученных эксплозивных сооружений.

Автором были поставлены также опыты по моделированию трещинообразования, происходящего при формировании удлинен­ ных и округлых куполов с различной крутизной кровли. Деформи­

143

При формировании удлиненного пологого купола при медлен­ ном наращивании вертикальной, направленной снизу вверх, на­ грузки закладывается одна главная продольная зияющая трещина вертикальной ориентировки. От нее в периклииальиые части ку­ пола веерообразно отходят три-четыре трещины отрыва. Незна­ чительные радиальные трещины, ориентированные нормально к главной продольной, развиваются также в центральной части удлиненного купола. Под прямым углом к радиальным трещинам исключительно вблизи от них и, особенно, в периклинальных ча­ стях купола закладываются зародышевые концентрические тре­ щины скалывания (см. рис. 40, И , д).

При образовании удлиненного крутого купола и быстром росте нагрузки над его осевой частью также вначале возникает глав­ ная зияющая трещина. В периклинальных участках с ней сочленя­ ются зияющие радиальные разрывы. В центральных частях купола получают развитие обычно незначительные поперечные трещины. Наряду с продольными, радиальными и поперечными трещинами, но несколько позднее их образуется большое количество мелких концентрических трещин скалывания. Главными полями их раз­ вития являются периклинальные участки купола, где они соединяют радиальные разрывы. Проявляются концентрические трещины с обеих сторон купола вдоль его подножий. Здесь они обычно имеют крутое 'падение и наклонены к центру купола (см. рис. 40, II, е).

У округлого пологого купола при медленном наращивании на­ грузки возникают преимущественно радиальные трещины. Часть из них (четыре-пять) закладывается в ранний период воздейст­ вия нагрузки и в последующем образует отчетливую звездчатую структуру. Соединяются они в вершине купола посредством не­ большой кольцевой трещины неправильной конфигурации. Часто такая соединяющая трещина является неполнокольцевой и соеди­ няет лишь часть радиальных разрывов. Между главными ради­ альными трещинами возникает ряд второстепенных, которые не доходят до центра купола, а развиваются преимущественно на его склонах. У основания купола слабо проявляются единичные и не­ протяженные концентрические трещины (см. рис. 40, II, ж).

Число радиальных элементов в. идеальном случае равно шести. Это объясняется тем, что деформация пластов происходит в на­ правлении наименьшего сопротивления среды, т. е. по наимень­ шему периметру при максимальной площади — по шестиугольнику (Тузикова, Тузиков, 1970).

В округлом крутом куполе, сформированном при быстром росте нагрузки, возникает также звездчатая структура из зияющих ра­ диальных трещин, число которых обычно невелико. Между ради­ альными трещинами и несколько дальше в окружающем купол пространстве широко развиты концентрические трещины, падаю­ щие преимущественно к центру купола, реже в стороны от него. Соединяя окончания радиальных разрывов, концентрические

144

трещины развиваются не по сферическим поверхностям, а по пери­ метрам, образованными ломаными линиями. Изменения прости­ раний концентрических трещин наблюдаются главным образом

Изложенные экспериментальные исследования подтверждают, таким образом, теоретические представления об ориентировке и генезисе локальной трещиноватости и крупных разрывов, разви­ вающихся с формированием рудоносных брекчиевых эксплозивных сооружений. Подобные разрывы должны возникать не только при напоре снизу, но и при действии сил противоположного направле­ ния. Как следует из экспериментов Д . М. Орлова (1963), при со­ кращении объема за счет консолидации в верхних частях магма­ тических тел должны возникать кольцевые трещины, по которым впоследствии происходит обрушение, сопровождаемое брекчированием материала и отложением рудного вещества.

Таким образом, рудоносные брекчиевые эксплозивные сооруже­ ния различаются по формам, размерам, глубине формирования, тектоническим признакам, минерализации и характеру слагающих пород. По глубине формирования, например, некоторые исследо­ ватели подразделяют их на глубинно-вулканогенные, субвулкани­ ческие и приповерхностные (Котляр, 1968і>2), по тектоническим признакам — на эксплозивные без кольцевых и радиальных нару­ шений, сооружения с центральным опущенным блоком, сооруже­ ния комбинированного происхождения (эксплозии и опущенный центральный блок) и скрытовулканические (Яковлев, 1966— 1968).

Приведенной классификацией охвачено большинство известных морфологических типов минерализации, приуроченной к брекчиевым эксплозивным сооружениям. Еще раз отметим, что для ряда сооружений характерно скрытое оруденение, да и сами они, как видно из многочисленных примеров, могут носить закрытый харак­ тер. Часто в подобных случаях минерализация обнаруживается на поверхности лишь в виде маломощных рудных прожилков или в рассеянно-вкрапленном состоянии, что необходимо учитывать при практической работе.

Ю За к. № 725

Ч а с т ь в т о р а я

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ РУДОНОСНЫХ ЭКСПЛОЗИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Глава V

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ РУДНО-ЭКСПЛОЗИВНОГО ПРОЦЕССА

С о с т о я н и е в о п р о с а

Вопросы генезиса рудоносных брекчиевых эксплозивных соору­ жений являются остро дискуссионными. Большинство исследова­ телей до недавнего времени связывало их формирование с вул­ каническим процессом, во всяком случае, с одной из его форм — вулканическими газовыми взрывами (Котляр, 1958, I960, 1961, 1962, 1963; и др.). В последние годы появилось мнение, что обра­ зование эксплозивных брекчиевых тел происходит за счет внут­ ренних напряжений, возникающих при воздействии гидротермаль­

шток», «гидротермальная дайка» и т. д.). Для подобных по веще­ ственному составу образований, созданных в процессе обруше­ ния, им применяется термин «гидротермальная брекчия обруше­ ния». При развитии грейзенов (в кислых породах), такие место­ рождения относят к трубообразным грейзеновым (Рундквист и др., 1971); при изучении кимберлитовых трубок В. Н. Павлинов (1971) пришел к выводу, что они являются брекчиевыми магма­ тическими диапирами. Наряду с этим эндогенным характером сил, приводящих к появлению рудоносных брекчиевых эксплозив­ ных сооружений, некоторые исследователи продолжают оста­ ваться на позициях их экзогенного происхождения. Так, трубооб­ разные и даже жилоподобные тела минерализованных полимиктовых брекчий месторождения Центральное Нерчинско-Заводской

146

группы в Восточном Забайкалье М . А. Свирский (1966) считает брекчиями обрушения, связанными с карстовыми пустотами. При­ мерно так же объясняют генезис железорудных трубок Ангаро-. Илима Е. П. Бессолицын (1970) и структур провала Альберта в Канаде Р. Стэйтон (Stanton, 1966). Непонимание генезиса рас­ сматриваемых образований характерно для японских геологов, принимающих их за пятна конгломератов в интрузивных породах, даже если они сопровождаются аналогичными по составу дайками (Хоттори Хитоси и др., 1967).

Рудоносные брекчиевые эксплозивные сооружения имеют много общих черт с поверхностными эксплозивными магматиче­ скими образованиями — вулканическими жерлами, содержащими эксгаляциониые минеральные скопления (Ритмаи, 1964; Rast, 1937; Williams, 1941; Husk, 1942 и др.). Эта общность прежде всего со­ стоит в том, что возникновение рудоносных брекчиевых экспло-

Рис. 41. Схема формирова­ ния магматической камеры.

Дворкин-Самарский, Туго-

вик, 1969.

1 — расплав, заполняющий маг­ матическую камеру; 2 — вмеща­ ющие породы и трещины в них;

зивных сооружений, как показывает весь изложенный фактиче­ ский материал, обусловлено магмой — природным высокоактивным силикатным расплавом, содержащим то или иное количество руд­ ных компонентов. При вулканической деятельности освобождаемое

факторами формирования магматических камер, особенно в вул­ кано-плутонических поясах. Таким путем образуется, видимо, большинство столбообразных (штокообразных) интрузий. Дина­ мика этого процесса понятна из рисунков 41 и 42.

Однако известно, что современные действующие вулканы не содержат рудных скоплений на верхних горизонтах, так как от­ крытые жерловины не способствуют рудоотложению. Происходит лишь процесс поверхностной зксгаляции (отложение из конден­ сатов фумарольных газов). В результате эксгаляций при ак­ тивном участии фтора (Меняйлов, 1971) и минеральных вод

к которым также бывают приурочены крупные рудные скопления. Однако с поверхностным вулканизмом эти тела будут уже не свя­

Рис. 42. Общая последовательность этапов формирования интрузивных тел вулкано-плутонических комплексов. Дворкин-Самарский, Тугоеик, 1969.

циями пород

Шевелуча и Ключевского. Ею установлено, что из лав Ключев­ ского вулкана, имеющих в момент излияния в 1946— 1948 гг. тем­

в 6000 раз. Андезитовая лава Шевелуча на этом же этапе была богата сернистыми газами, а из рудных элементов в возгонах кон­

Спектроскопическими анализами установлен и ряд других элемен­ тов. В процессе остывания лав содержания рудных элементов в газовых эксгаляциях резко сокращались и они часто не улав­ ливались. Поэтому С. И . Набоко (1971) справедливо считает, что гидротермальный процесс вызван не извергнутой на поверхность

148

лавой и пирокластическим материалом, а, как и сам вулканизм, глубинными процессами.

Рудоносные брекчиевые эксплозивные сооружения, таким образом, по ряду признаков существенно отличаются от обычных поверхностных вулканических аппаратов, хотя, несомненно, относятся к скрытовулканическим образованиям. Такими отличи­ тельными признаками являются глубина формирования, отсутсвпе связи с поверхностью в момент формирования и некоторые другие.

Так, рудоносные брекчиевые эксплозивные сооружения форми­ руются па различных глубинах •— от больших, захватывающих области развития гипабиссальных интрузий, до малых субвулкапических. Для большинства сооружений даже в субвулканиче­ ских условиях устанавливается закрытый (подземный) характер. От их куполовидных окончаний часто отходят минерализованные трещины, наблюдается разветвление тупо оканчивающихся купо­ лов и др. Часто ни сами сооружения, ни материнские интрузии прямой связи с поверхностью не имеют. Эксплозивные сооруже­ ния на глубине обычно выклиниваются (суживаются, переходят в дайки или иебрекчнроваиные породы).

Рудоносные брекчиевые эксплозивные сооружения при большой протяженности на глубину характеризуются относительно слабой нарушенностыо вмещающих пород, хотя и имеют с ними характер­ ные рвущие контакты (Виньковецкий, Павлов, 1970). В их экзо­ контактах (в пределах мульдообразных прогибов или области поднятия пластов) обычно распространены лишь периферические брекчии, ширина зоны которых, как правило, находится в прямой зависимости от диаметра сооружения (например, для Коршунов­ ского железорудного сооружения диаметром 2400 м ширина зоны периферических брекчий составляет первые десятки метров, хотя постепенное — в пределах нескольких градусов — изменение зале­ гания осадочных пород отмечено на расстоянии до 1 км от соору­ жения). За пределами периферических брекчий характерна лишьнезначительная радиальная и концентрическая трещиноватость, обычно выполняемая наиболее ранними гидротермальными образо­ ваниями. В то же время известно, что вулканические взрывы, происходящие на глубине всего в несколько сотен метров, сопро­ вождаются крупными радиальными расколами земной коры (Горш­ ков, 1959). При километровой или близкой к ней глубине распро­ странения брекчиевых эксплозивных сооружений радиальные рас­ колы должны быть еще более грандиозными, но такие расколы не отмечаются при геологическом картировании. Правда, во многих хорошо вскрытых палеовулканах крупные радиальные разрывы также не обнаружены, однако такие образования скорее всего представляют собой скрытовулканические брекчие­ вые эксплозивные сооружения, развивающиеся специфическим путем.

Экспериментальными работами установлено (Ханукаев, 1958),

149