Разломно-блоковое строение и кимберлитовые тела Алакит-Мархинского алмазоносного поля

Актуальность темы

Роль разломной тектоники в распределении и локализации кимберлитовых тел на территории Якутской алмазоносной провинции обсуждается в научной и специальной литературе на протяжении более чем 50-летнего периода после открытия первых трубок. Несмотря на столь продолжительную историю изучения, до сих пор не удалось создать единой концепции о взаимосвязи кимберлитового магматизма и разломных структур Сибирской платформы. С одной стороны, признается очевидным факт контроля кимберлитового магматизма зонами глубинных разломов, которые достаточно уверенно выделяются в фундаменте методами геофизики и характеризуются значительной протяженностью и шириной. Именно к этим зонам, а так же к узлам их пересечения приурочены кимберлитовые поля [Крутоярский и др., 1959, Эрлих, 1963, Мокшанцев и др., 1974, 1976]. С другой стороны, при переходе на следующие масштабные уровникимберлитового поля, куста кимберлитовых трубок и единичных кимберлитовых тел — связь с разломными структурами становится все менее «определенной» [Милашев, 1984]. Причиной этого является недостаточная изученность разрывных структур платформенного чехла и, в особенности его приповерхностных слоев, поскольку с увеличением масштаба именно они приобретают все большее значение для контроля проявлений кимберлитового магматизма. Поэтому до настоящего времени не увенчались успехом попытки различных авторов разработать модели, связывающие особенности строения и развития разрывной сети в верхней части платформенного чехла с известными закономерностями размещения кимберлитовых полей (кустов, трубок). Кроме того, созданию подобных моделей во многом препятствовал использованный большинством исследователей подход, при котором с разломом ассоциировалась линия магистрального сместителя.

Современный тектонофизический подход определяет разломную зону, как объемное геологическое тело, характеризующееся определенной внутренней структурой, развитие которой происходит в несколько стадий [Шерман и др., 1991]. Происходящие в природе изменения геодинамических обстановок приводят к тому, что формирование внутренней структуры разломной зоны может прерваться на любой из стадий, а затем либо временно прекратиться, либо возобновиться, но уже с другими кинематическими характеристиками. Следовательно, для одной и той же разломной зоны особенности проявления на различных структурных этажах платформы могут и должны заметно различаться. В фундаменте платформы, длительность и интенсивность деформирования которого существенно выше, чем у пород платформенного чехла следует предполагать развитие наиболее зрелых форм разломов, вплоть до стадии магистрального сместителя. В пределах чехла формирование разломных зон происходит в результате движений по сместителям в фундаменте в условиях, когда тектоническая активность заметно ниже, чем на доплатформенном этапе. Поэтому, в большинстве своем, разломы в платформенном чехле представлены широкими зонами проявления локальных разрывных нарушений и тектонической трещиноватости, т. е. в своем развитии не проходят дальше ранней или поздней дизъюнктивных стадий. В результате наложения зон разломов структурных парагенезов, сформированных в различных геодинамических обстановках, верхняя часть платформенного чехла разбита хаотичной, на первый взгляд, сетью разнонаправленных разрывных нарушений.

Для расшифровки подобных сетей необходимо использование геолого-структурных методов, ориентированных на выявление разломных зон, в верхних частях платформенного чехла, изучение их внутреннего строения и динамики развития. Весьма перспективным в этом плане является комплексный подход, базирующийся на совокупности тектонофизических методов, позволяющих получать принципиально новую информацию о внутреннем строении кимберлитовмещающих разломных зон.

Цель работы: Проведение комплекса тектонофизических исследований разломной тектоники для оценки структурных факторов локализации кимберлитовых тел в пределах Алакит-Мархинского кимберлитового поля Якутской алмазоносной провинции. Задачи исследования:

1. Изучить тектоническую трещиноватость, разрывные нарушения и другие структурные проявления на участках карьер Комсомольский, Полигон и Структурный.

2. На основе парагенетического анализа тектонической трещиноватости и разрывных структур более высокого ранга наметить этапы становления, развития и активизации разломов на участке Структурный.

3. Восстановить региональные и локальные поля тектонических напряжений характерные для выделенных этапов развития разломных структур.

4. Провести физическое моделирование динамики развития разноранговой сети разломов Алакит-Мархинского кимберлитового поля.

5. Выяснить связь разломов и кимберлитовых тел. Фактический материал и методы исследования.

Основу диссертационной работы составили полевые наблюдения, выполненные автором в 2003 — 2007 гг. на территории Западной Якутии в междуречье рр. Алакит и Марха. Это, прежде всего, материалы документации естественных обнажений и горных выработок, а также замеры тектонической трещиноватости, разрывных нарушений и пликативных структур на площади Алакит-Мархинского поля и в карьере трубки «Комсомольская». Для построения схем разломно-блокового строения помимо собственных данных были использованы топографические материалы, а также цифровые планы карьерных полей трубок Юбилейная и Комсомольская, любезно предоставленные маркшейдерским отделом Айхальского ГОКа. Результаты, полученные в процессе анализа полевого материала, были подвергнуты экспериментальной проверке методом физического моделирования на установке «Разлом». Защищаемые положения:

1. Разломы ортогональной (субмеридиональной и субширотной) и диагональной ориентировки являются основными элементами разломно-блокового строения Алакит-Мархинского поля. Разломы ортогональной ориентировки и узлы их пересечения контролируют кимберлитовые тела.

2. Разломной сеть верхних слоев платформенного чехла Алакит-Мархинского района сформировалась в результате многоэтапных сдвиговых движений по разломам в фундаменте платформы. Строение разломных зон на земной поверхности отражает «наложение» структурных планов разных этапов деформаций чехла.

3. Локальные участки растяжения в сдвиговых зонах (структуры раскрытия и пулл-апарт) на начальном этапе формирования, явились «дренажной» основой для проникновения кимберлитового материала и формирования многофазных трубок. На последующем этапе формирования, эти участки активизировались в условиях локального сжатия.

Научная новизна. Для Алакит-Мархинского поля был собран и обобщен обширный материал по трещиноватости в естественных природных обнажениях и в открытых горных выработках. В результате тектонофизического анализа собранных данных было установлено, что в структурном строении поля существенную роль играют разломы субширотного и субмеридионального направлений, а к узлам пересечения этих разломов приурочены известные кимберлитовые трубки. Моделирование узлов пересечения сдвиговых зон подтвердило наличие и сочетание многих структурных элементов, наблюдаемых в природных объектах. В результате экспериментов было установлено, что развитие сдвиговых узлов для разломов широтной и меридиональной ориентировки всегда сопровождается формированием локальных структур растяжения и/или сжатия северо-восточной и северо-западной ориентировок. Это позволяет выделить наиболее благоприятные участки для возможных поисково-разведочных работ. С помощью методов тектонофизического анализа на кимберлитовой трубке Комсомольская, были выделены основные направления разломных зон, с которыми связано формирование трубки. На основании реконструкции полей тектонических напряжений, по массовым замерам, была предложена структурная модель формирования кимберлитовой трубки Комсомольская.

Практическая значимость. Разработанная структурно-геологическая модель строения разломной сети позволяет дополнить представления об условиях локализации кимберлитовых тел на площади Алакит-Мархинского поля. Полученные результаты показали, что трапповая «покрышка», в структурном плане отражает не только строение верхних горизонтов платформенного чехла, но и содержит информацию об особенностях разломной сети в породах, вмещающих кимберлиты. Это, в комплексе с другими геологическими и геофизическими методами, может быть использовано при проведении поисково-разведочных работ.

Работы, проведенные на карьере трубка Комсомольская, позволили составить схему разломно-блокового строения участка локализации кимберлитовой трубки, которая использовалась компанией АЛРОСА для проектирования выработки, а также для разработки мероприятий по обеспечению безопасного проведения горных работ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на 2-й региональной конференции молодых ученых «Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России» (Владивосток 2008), всероссийской конференции «Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле. К 40-летию создания М. В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН» (Москва 2008), на XXIII всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск 2009), на Первой молодежной тектонофизической школе-семинаре «Современная тектонофизика: методы и результаты» в ИФЗ РАН (Москва 2009).

Количество опубликованных автором или при его участии научных работ 27, из них по теме диссертации 16 (в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах).

Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 163 страницы состоит из 5 глав, введения, заключения, иллюстрирована 103 рисунками и 1 таблицей.

Список литературы

включает 84 наименования.

Работа выполнена в лаборатории тектонофизики Института земной коры.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю к.г.-м.н. A.C. Гладкову за постановку темы, за его, советы и консультации. Он также признателен сотрудникам лаборатории тектонофизики академику РАЕН, профессору С. И. Шерману, д.г.-м.н. К. Ж. Семинскому за всестороннюю поддержку и помощь в работе. Особую благодарность автор адресует кандидатам геолого-минералогических наук, С. А. Борнякову, A.B. Черемных, О. В. Луниной за совместно проведенные полевые работы и лабораторные исследования. За оказанное содействие в сборе фактического материала автор адресует искреннюю признательность всем сотрудникам Геологического отдела Айхальского ГОКа AK «AJIPOCA» ЗАО и лично главному геологу И. В. Маковчуку. За дружескую и моральную поддержку работ, благодарю к.г.-м.н A.B. Кадетову, к.г.-м.н. В. А. Хак, к.г.-м.н. Я. Б. Радзиминовича, A.A. Рыбченко, C.B. Ашуркова.

Выражаю признательность и искреннюю благодарность своим родителям Н. А Потехиной и А. Ф. Потехину за помощь и заботу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, выполненный тектонофизический анализ позволил детально охарактеризовать особенности проявления тектонической трещиноватости и разноранговых разрывных нарушений в пределах как действующего месторождений трубка Комсомольская, так и на площади участка Структурный, и площади участка Полигон. Данные геолого-структурного и тектонофизического анализов показали, что во-первых, разломно-блоковое строение территории определяется разломами субмеридионального и субширотного направлений. Северо-западные и северо-восточные нарушения проявлены преимущественно в породах, перекрывающих кимберлитовмещающие отложения, они представлены фрагментарно и, в большинстве своем являются внутриблоковыми структурами. В результате восстановления осей главных нормальных напряжений было установлено, что в платформенном чехле ортогональные разломы проявились в виде широких зон сдвиговых деформаций, формирование которых происходило как минимум в четыре этапа. Для первого этапа установлена СВ ориентировка оси сжатия и СЗ — растяжения. На втором этапе ось сжатия была ориентирована на СЗ, а растяжение на СВ. К этим двум этапам приурочено внедрение кимберлитового материала. Для третьего этапа характерно — субмеридиональное направление сжатия и субширотное растяжениедля четвертого — субширотное сжатие и субмеридиональное растяжением. С этими двумя этапами связано формирование локальных надвиговых структур, складок.

В региональном плане, известные кусты кимберлитовых тел на площади участка «Структурный» приурочены к узлам ортогональных разломов различного ранга, а конкретные тела в их пределах локализуются в пределах участков взаимодействия сближенных разломов одного направления. При этом, отличия ориентировок длинных осей кимберлитовых тел или направлений их цепочек от простираний кимберлитолокализующих разломов определяются закономерностями формирования участков и областей растяжения в сдвиговых зонах и узлах их пересечений.

Представленные данные, позволяют выделить на всех масштабных уровнях в качестве главных факторов структурного контроля кимберлитовых тел в пределах Алакит-Мархинского поля следующие элементы разрывной тектоники:

1) узлы сочленения разломов субширотного и субмеридионального направлений;

2) участки взаимодействия вблизи окончаний сближенных разломов одного направления (субширотного или субмеридионального);

3) собственно зона субширотного или субмеридионального направления.

Практически все перечисленные элементы разрывной сети зафиксированные в природе нашли подтверждение на моделях, воспроизводивших формирование узла сдвиговых разломов в фундаменте платформы. Кроме того, результаты экспериментов позволили охарактеризовать отдельные участки локального раскрытия в узлах сдвиговых структур, которые могут являться аналогами кимберлитовмещающих природных структур.

Таким образом, структурные схемы, полученные с использованием тектонофизических методов могут быть использованы в комплексе с геофизическими и геолого-минералогическими данными как дополнительный критерий для прогноза и поиска новых месторождений.