Geodynamics & Tectonophysics (E-Journal) / Геодинамика и тектонофизика
Not a member yet
725 research outputs found
Sort by
Гидрогеология и гидрогеохимия Заельцовско-Мочищенского проявления радоновых вод (юг Западной Сибири)
Get PDFThe study aims at solving the fundamental and applied problems of hydrogeology and hydrogeochemistry of the Zaeltsovsko-Mochishchensky zone of radon waters in the northwestern district of the city of Novosibirsk. Novosibirsk is one of the few Russian cities built on granites that emit radon (222Rn). In geological terms, the study area is confined to the NW near-contact zone of the large Novosibirsk granitoid massif. The available data on radon in this area has not been scientifically consolidated yet. We used the methods of S.L. Shvartsev, N.M. Kruglikov, V.V. Nelyubin, O.N. Yakovlev, and V.M. Matusevich and software packages Visual Minteq, PhreeqC, WATEQ4f and HG-32 and obtained physical and chemical calculations for the forms of migration of trace elements in radon waters and estimated the degrees of radon water saturation with rock-forming minerals. The data from hydrogeological profiles and hydrogeochemical sampling (118 samples from 57 water wells and sources) were analyzed. Radon waters are fissure-type, cold (6–10 °С) and occur at a depth of 50–200 m. By their chemical composition (according to the classification proposed by S.А. Shchukarev), the waters are mainly hydro-carbonate calcium and hydro-carbonate calcium-sodium; the total mineralization amounts to 322–895 mg/dm3. All the water wells drilled in granites and near-contact hornfels were tested for radon. It is revealed that the 222Rn concentration in water varies widely, from 11 to 801 Bq/dm3. Therefore, such waters are classified as low-radon and moderate-radon mineral waters (according to the classification proposed by N.I. Tolstikhin). In the wells drilled in hornfels, the 222Rn concentration in water is 37–241 Bq/dm3. The concentrations of 238U and 226Ra do not exceed 0.098 and 1.9∙10–9 mg/dm3, respectively. Physicochemical simulation shows that Ag+, Ba2+, Zn2+, Ni2+, Mn2+, Sr2+, Fe2+ migrate mainly as free ions, while Be2+, Fe3+, Zr4+, Ti4+ migrate as hydroxide complexes. Uranium is mainly present in uranyl-carbonate complexes of calcium: Ca2UO2(CO3)3(aq) (61–75 %) and CaUO2(CO3)32– (25–36 %). Calculations show abundant saturation of the waters with calcite, dolomite, ferrihydrite, greenalite, hausmannite, manganite, quartz, rutile, siderite, lepidocrocite, goethite, and pyrolusite. The mineral phases, such as aragonite, barite, chalcedony, cristobalite, vaterite, and amorphous silicon dioxide are in equilibrium. Several samples show saturation of the waters with relatively rare phosphorus-containing minerals: hydroxyapatite, manganese hydrogen phosphate, cerargyrite, and lead molybdate. The radon waters are not saturated with monohydrocalcite, calcium molybdate, celestite, chrysotile, copper hydroxide, copper molybdate, epsomite, huntite, amorphous and crystalline iron hydroxide (II), gypsum, iron molybdate (II), magnesite, lansfordite, Na-jarosite, nesquehonite, powellite, strontianite, tenorite, witherite, and zirconium dioxide.Актуальность исследований состоит в решении фундаментальных и прикладных вопросов гидрогеологии и гидрогеохимии Заельцовско-Мочищенского проявления радоновых вод в северо-западной части г. Новосибирска. Новосибирск относится к числу тех немногих городов России, которые были заложены на гранитах – источнике эманации радона (222Rn). В геологическом отношении изучаемая территория приурочена к северо-западной приконтактовой зоне крупного Новосибирского гранитоидного массива. Научные обобщения имеющегося фактического материала практически не проводились. На основании методических приемов С.Л. Шварцева, Н.М. Кругликова, В.В. Нелюбина, О.Н. Яковлева, В.М. Матусевича с применением программных комплексов Visual Minteq, PhreeqC, WATEQ4f и HG-32 выполнены физико-химические расчеты форм миграции микроэлементов в радоновых водах и степени их насыщения породообразующими минералами. Фактический материал представлен сведениями о гидрогеологических параметрах разреза и результатах гидрогеохимического опробования 57 водопунктов (скважины и источники) (118 проб). Радоновые воды – трещинные, холодные, с температурой 6–10 °С, залегают на глубинах 50–200 м. Воды по химическому составу (по классификации С.А. Щукарева) преимущественно гидрокарбонатного кальциевого и гидрокарбонатного кальциево-натриевого состава с величиной общей минерализации 322–895 мг/дм3. Все скважины, вскрывшие граниты и приконтактовые роговики, были опробованы на содержание в воде 222Rn, концентрации которого варьируются в широких пределах – от 11 до 801 Бк/дм3, т.е. по содержанию 222Rn воды относятся к слаборадоновым и умеренно радоновым, минеральным (по классификации Н.И. Толстихина). В скважинах, вскрывших роговики, концентрация радона в воде составляет 37–241 Бк/дм3. Содержания 238U и 226Ra не превышают 0.098 и 1.9∙10–9 мг/дм3 соответственно. Методами физико-химического моделирования установлено, что Ag+, Ba2+, Zn2+, Ni2+, Mn2+, Sr2+, Fe2+ мигрируют в основном в форме свободных ионов, а Be2+, Fe3+, Zr4+, Ti4+ – в виде гидроксидных комплексов. Формы нахождения урана представлены преимущественно уранил-карбонатными комплексами кальция Ca2UO2(CO3)3(aq) (61–75 %) и CaUO2(CO3)32– (25–36 %). Расчеты выявили повсеместное насыщение вод относительно кальцита, доломита, ферригидрита, гриналита, гаусманнита, манганита, кварца, рутила, сидерита, лепидокрокита, гётита, пиролюзита. В равновесии находятся такие минеральные фазы, как арагонит, барит, халцедон, кристобалит, фатерит, аморфный диокид кремния. В отдельных пробах наблюдается насыщение вод относительно редких фосфоросодержащих минералов – гидроксиапатита, гидроортофосфата марганца, керагирита и молибдата свинца. Радоновые воды не насыщены по отношению к моногидрокальциту, молибдату кальция, целеститу, хризотилу, гидроксиду меди, молибдату меди, эпсомиту, гунтиту, аморфному и кристаллическому гидроксиду железа (II), гипсу, молибдату железа (II), магнезиту, лансфордиту, натриевому ярозиту, несквегониту, повеллиту, стронцианиту, тенориту, витериту и диоксиду циркония
Реология среды в межблоковых сейсмоактивных разломах континентальной литосферы – ключ к генерации сильнейших землетрясений в Центральной Азии
Get PDFThe problem of earthquake forecasting remains challenging, especially considering strong seismic events (M≥8). Strong earthquakes occur most often along the fault planes due to large-amplitude displacements of the contacting blocks. In such cases, the physical parameters of the earthquake foci generation process are estimated on the basis of the concepts describing the destruction of solids. In this paper, we present a new tectonophysical model of strong earthquake foci in the continental lithosphere. In this model, an earthquake focus is viewed as a body whose rheological properties are changing over time throughout the entire seismic period, including the moment of the seismic event initiation, its occurrence and the subsequent stress release in of the geological medium. In the period when a future earthquake source develops and grows, the physical properties of the host rocks are assumed to change substantially, and both the viscosity and the relative shear strength decreases. At the moment of time when a strong earthquake takes place, the viscosity of the rocks in its focus is at its minimum value and thus favorable for high-amplitude interblock shearing under the current regional stress and unchanged geodynamic factors. A decrease in the viscosity is facilitated by an increase in the fault length and leads to weakening of the geological medium and decreases its strength properties. When the earthquake occurs, the viscosity of the rocks in its source is assumed significantly lower than the dynamic viscosity of the lithosphere and not less than one or two orders below the viscosity of the interblock seismically active medium containing the source. It is most likely that at the moment of time when an earthquake takes place, the viscosity in its source is 1017–1019 Pa·s. In our approach, the parameter of viscosity is introduced into the physics of earthquake foci, and the time factor is taken into account when studying the process of earthquake preparation and occurrence, which can be an important step to gaining more knowledge for forecasting of the strongest seismic events (M≥8). Проблема прогноза землетрясений остается по-прежнему актуальной. Особый интерес вызывают сильные сейсмические события с магнитудой М≥8. Землетрясения такой силы рассматриваются как результат крупноамплитудных смещений контактирующих блоков вдоль плоскости разрыва. При этом физические параметры генерации очагов землетрясений оцениваются на основе представлений о разрушении твердых тел. В статье предлагается новая тектонофизическая модель очагов сильных землетрясений в континентальной литосфере. В предлагаемой модели очаг землетрясения рассматривается как тело, реологические свойства которого меняются с течением времени с момента его зарождения до реализации и последующей релаксации среды. Предполагается, что в процессе развития и роста очага будущего сейсмического события существенно меняются физические свойства вмещающих горных пород – уменьшается вязкость и относительная сдвиговая прочность. При этом непосредственно в момент сильного землетрясения вязкость среды в его очаге принимает минимальные значения, благоприятные для возникновения высокоамплитудной межблоковой подвижки в условиях существующего регионального напряжения и неменяющихся геодинамических факторов. Снижению вязкости способствует увеличение длины разрыва, что приводит к ослаблению среды и уменьшению ее прочностных свойств. Предполагается, что вязкость горных пород в очаге в момент землетрясения должна быть существенно ниже динамической вязкости литосферы и не менее чем на один-два порядка ниже вязкости межблоковой сейсмоактивной среды, вмещающей очаг. Наиболее вероятно, что вязкость среды в очаге сейсмического события в момент его реализации составляет 1017–1019 Па·с. Такой подход, при котором в физику очага землетрясения вводится параметр вязкости, а в процесс его формирования и реализации – фактор времени, может оказаться существенным шагом, приближающим к возможности прогноза сильнейших сейсмических событий с магнитудой М≥8
Гелиогеодинамика и сейсмичность в Прибайкалье
Get PDFThe field of earthquake epicentres of Pribaikalie (Russia) is reconstructed from the data of historical and instrumental monitoring of earthquakes. The analysis shows that seismic events in the study area are distributed irregularly in space and time. The seismic process in Pribaikalie is investigated through the prism of seismic structures in the lithosphere; the irregular occurrence of seismic events in time is considered with reference to seismic weather and climate; and the causes of periodic activations of the seismic process are discovered in relation to the external effects on the Earth's physical fields from cosmic and solar processes. It is proposed to classify the seismic structures as specific geometric objects located in the lithosphere. Such objects are viewed as abstract structural elements. Some regular features are noted in the occurrence of seismic events. It is revealed that the seismic process in time shows a similarity with the course of hydrometeorological processes, which is reflected in the periodicity of elastic energy release, if only the change in the number of earthquakes (of different energy classes) in time is analysed by years. An evidently regular time pattern of seismically active periods suggests that the seismic process is influenced by some external factors. In this study, we apply the concepts of heliogeodynamics, space climate and weather to investigate such factors.Анализ эпицентрального поля землетрясений в Прибайкалье выявил пространственно-временную неравномерность распределения сейсмических событий. Это позволило рассмотреть развитие сейсмического процесса через призму сейсмических структур литосферы, а неравномерность проявления событий по времени – в рамках сейсмической погоды и климата. Причины периодических активизаций сейсмического процесса связаны с внешним воздействием на физические поля Земли космических и солнечных процессов. В рамках сказанного дается классификация сейсмических структур как неких геометрических объектов, располагающихся в теле литосферы и являющихся ее абстрактными структурными элементами. Рассмотрены некоторые закономерности проявления сейсмических событий. Временной ход сейсмического процесса проявляет сходство с протеканием гидрометеорологических процессов, что находит свое отражение в периодичности реализации упругой энергии, если только рассматривать изменение во времени числа землетрясений различных энергетических классов по годам. Использованы материалы исторического и инструментального мониторинга землетрясений в Прибайкалье. Устойчивая периодичность сейсмических активизаций наводит на мысль о том, что на ход процесса влияют некие внешние факторы, рассматриваемые в рамках концепций гелиогеодинамики, космического климата и погоды
БОНИНИТЫ – КРИТЕРИИ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ В ПАЛЕОСУБДУКЦИОННЫХ ЗОНАХ ГОРНОГО АЛТАЯ
Get PDFAncient primary boninitic melts of the Gorny Altai (65–105 km, 1410–1590 °C) were studied from the composition of melt inclusions in clinopyroxenes. We estimated their parameters and the conditions for the onset of magma crystallization in an intermediate chamber at a depth of about 30–35 km, which appear similar to the reference boninitic magmatism of the modern Izu-Bonin island arc. A combined analysis of the composition of inclusions and clinopyroxenes from Gorny Altai boninites shows that within a range of minimum temperature values (1140–1120 °C), the crystallizing material continuously ascends from a depth of 12 to 0.6 km. The pattern is different in case of higher-temperature magmas, and three zones of pyroxene crystallization are distinguished: 18.0–13.8 km (1245–1205 °С), 12.0–3.5 km (1240–1185 °С), and 3.3–0.6 km (1185–1145 °С). Actually, these zones correspond to the intermediate deep-seated magmatic chambers typical of modern island-arc subduction zones [Dobretsov et al., 2016]. Based on the detailed study of zonal phenocrysts of clinopyroxene in boninites from the Kuray ophiolites, we established the parameters of the evolution of the ascending boninite melts. Three temperature intervals (1220–1200 °С, 1235–1210 °С, and 1120–1220 °С) and three pressure ranges (1.5–11.5 kbar, 2.0–6.0 kbar, and 2.0–0.3 kbar) are distinguished. One case shows a significant pressure drop (from 11.5 to 1.5 kbar) with a small drop in temperature (from 1220 °C to 1200 °C). In the second case, the pressure rises from 2.0 to 6.0 kbar, and the crystallization temperature decreases from 1235 to 1210°C. In the third case, crystallization begins at a stable temperature (1120–1140 °C) and a stable pressure (1.4–2.0 kbar); then, in the near-surface conditions, the temperature increases to 1220 °C, and the pressure decreases sharply to 0.3 kbar.На основе данных по составу расплавных включений в клинопироксенах установлены параметры генерации древних первичных бонинитовых расплавов Горного Алтая (65–105 км, 1410–1590 °С), а также определены условия начала кристаллизации этих магм в промежуточной камере на глубине около 30–35 км, совпадающие с данными по эталонному бонинитовому магматизму современной Идзу-Бонинской островной дуги. Совместное использование состава включений и клинопироксенов из бонинитов Горного Алтая показало, что в одном случае при минимальных температурах (1140–1120 °С) происходил непрерывный подъем кристаллизующейся массы с глубины от 12 до 0.6 км. Для более высокотемпературных магм характерен другой путь – с выделением трех зон кристаллизации пироксенов на глубине 18.0–13.8 км (1245–1205 °С), 12.0–3.5 км (1240–1185 °С) и 3.3–0.6 км (1185–1145 °С), фактически соответствующих промежуточным разноглубинным магматическим камерам, характерным для современных островодужных зон субдукции [Dobretsov et al., 2016]. В результате детальных исследований зональных вкрапленников клинопироксена из бонинитов Курайских офиолитов были установлены параметры эволюции двигающихся вверх бонинитовых расплавов. Выделяются три температурных интервала (1220–1200 °С, 1235–1210 °С и 1120–1220 °С) и три диапазона давлений (1.5–11.5 кбар, 2–6 кбар и 2.0–0.3 кбар). В одном случае установлено существенное падение давления от 11.5 до 1.5 кбар при незначительном снижении температуры от 1220 °С до 1200 °С. В другом случае идет повышение давления от 2 до 6 кбар и снижение температуры кристаллизации от 1235 до 1210 °С. В третьем случае в начале для процессов кристаллизации характерны устойчивые значения температур (1120–1140 °С) и давлений (1.4–2.0 кбар), далее в приповерхностных условиях происходит рост температуры до 1220 °С с резким падением давления до 0.3 кбар
Рассолы глубоких горизонтов кимберлитовой трубки Удачная
Get PDFThe study was focused on groundwaters sampled from boreholes drilled to deep horizons of the Udachnaya kimberlite pipe and the host sedimentary strata. Brines in the rocks significantly complicate underground mining. Analysis of the hydrogeological setting is required to ensure safety during mining to the design levels. The features of chemical composition and the geochemical evolution of brines in the crust can be clarified in a more detail on the basis of new reliable data on strong chloride saline solutions that formed in complex geological and tectonic conditions. Kimberlite and water samples were taken from the ore bodies and host sedimentary strata at the depth of 680–980 m. Conventional methods of quantitative and instrumental analysis were applied to study the chemical composition of brines. Mineral composition of kimberlite was determined by powder diffractography and X-ray fluorescence methods. Geological, structural and tectonophysical methods were used to reveal and describe the tectonic structure of the kimberlite pipe area. Groundwaters with salinity of 280–406 g/L are strong and very strong calcium chloride brines. The chlorine-bromine ratio has a small range of 48–57; the sodium-chlorine ratio varies from 0.11 to 0.18. According to their geochemical features, the studied groundwaters are metamorphosed brines that have analogues across the Siberian platform. Physical and chemical processes were simulated to investigate the degrees of saturation of strong brines relative to the minerals of water-bearing rocks. The simulation results show that the brines in the Western ore body of the Udachnaya pipe are strongly undersaturated in the deep horizons in comparison to carbonate, sulfate and chloride minerals. This suggests possible dilution of brines during their geochemical evolution. A detailed study of the tectonic structure identified structural elements that control the distribution and migration of groundwaters in the rocks. In the mining sites, brines occur mainly in the fault zones, fault junctions and intersections with the contacts of kimberlite bodies. Integration of hydrogeological and geostructural data can provide a basis for prediction and assessment of the sites with increased water inflow in the deep horizons involved in mining.В работе представлены результаты изучения подземных вод, вскрытых скважинами в глубоких горизонтах кимберлитовой трубки Удачная и вмещающих осадочных толщах. Рассолы, обводняя горный массив, существенно осложняют проходку подземных горных выработок. Анализ гидрогеологической обстановки позволит обеспечить безопасную разработку месторождения до проектных отметок. Получение новых достоверных сведений о формировании крепких рассолов хлоридного состава в сложных геолого-тектонических условиях даст возможность объяснить многие особенности химического состава и геохимической эволюции рассолов в земной коре. Глубина отбора образцов кимберлитов и проб воды из рудных тел и вмещающих отложений составила 680–980 м. Химический состав рассолов проанализирован количественными традиционными и инструментальными методами, минеральный состав кимберлита определен методом порошковой дифрактографии и рентгенофлуоресцентным способом, тектоническое строение участка кимберлитовой трубки охарактеризовано с помощью геолого-структурных и тектонофизических методических приемов. Подземные воды с минерализацией 280–406 г/дм3 представляют собой крепкие и весьма крепкие рассолы хлоридного кальциевого состава. Величина хлорбромного отношения имеет небольшой диапазон (48–57), натрий-хлорный коэффициент изменяется от 0.11 до 0.18. Геохимические особенности изученных подземных вод позволяют отнести их к метаморфизованным рассолам, имеющим аналоги на всей Сибирской платформе. Физико-химическое моделирование степени насыщения крепких рассолов относительно минералов водовмещающих пород позволило установить, что рассолы западного рудного тела трубки Удачная в глубоких горизонтах по отношению к карбонатным, сульфатным и хлоридным минералам резко недонасыщены, что свидетельствует о возможном разбавлении рассолов в ходе их геохимической эволюции. Детальное изучение тектонического строения месторождения позволило выявить структурные элементы, контролирующие распределение и миграцию подземных вод в горном массиве. Основные проявления рассолов в горных выработках приурочены к зонам разрывных нарушений, их узлам и участкам пересечения с контактами кимберлитовых тел. Комплексирование гидрогеологических и геолого-структурных данных может служить основой для прогнозной оценки участков повышенных водопритоков в глубоких горизонтах, вовлекаемых в эксплуатацию
Источники и области сноса верхнепалеозойских метаосадочных пород Джагдинского террейна Монголо-Охотского складчатого пояса: результаты Sm-Nd изотопно-геохимических исследований
Get PDFThe article presents the results of Sm-Nd isotope geochemical studies of the Upper Paleozoic metasedimentary rocks of the Dzheskogon, Nektera and Bochagor suites of the Dzhagda terrane. These rocks are characterized by slightly varying values of the Nd model age tNd(DM)=1.5–1.0 Gyr, which gives evidence that the main sources of protoliths were the rocks of the Mesoproterozoic Nd model age (in average). This Nd model age is similar to the ages of the metaterrigenous rocks of the Teply Klyuch, Garmakan and Alga suites of the Tukuringra terrane of the Mongol-Okhotsk Belt. The results obtained in our studies suggest that the sedimentary rocks of the Dzhagda and Tukuringra terranes developed from the material that was mainly sourced from the Amur superterrane (from the south in modern coordinates). A supply of the material from the southern margin of the North Asian craton (from the north in modern coordinates) was either absent or minimal.В данном сообщении представлены результаты Sm-Nd изотопно-геохимических исследований верхнепалеозойских метаосадочных пород джескогонской, нектерской, бочагорской свит Джагдинского террейна. Установлено, что эти породы характеризуются слабоварьирующимися значениями Nd-модельного возраста tNd(DM)=1.5–1.0 млрд лет, свидетельствующими о том, что в качестве главных источников сноса протолитов выступали породы, которые имеют в среднем мезопротерозойские оценки Nd-модельного возраста. Показано, что тождественный с Nd-модельным возраст имеют метатерригенные породы теплоключевской, гармаканской и алгаинской свит Тукурингрского террейна Монголо-Охотского пояса. Полученные результаты дают основание полагать, что осадочные породы Джагдинского и Тукурингрского террейнов сформировались за счет материала, поступавшего преимущественно со стороны Амурского супертеррейна (с юга в современных координатах). Подпитка материалом со стороны южной окраины Северо-Азиатского кратона (с севера в современных координатах) либо отсутствовала, либо была минимальной
Зоны концентрированной деформации (структуры цветка): натурные наблюдения и данные моделирования
Get PDFOur study was focused on narrow linear zones that penetrate to different depths the crust and have complex infrastructure. Rocks in such zones are more intensively tectonically altered in comparison with the background. ‘Flower structures’ and ‘zones of concentrated deformation’ (ZCD) are the terms to describe these zones. The field study results combined with the data of tectonophysical and computational modeling data and supplemented by the literature analysis gave grounds for the following conclusions. In the experiments, as well as in nature, ZCDs show similar and, in some cases, identical morphological and infrastructural features and have similar stages of their evolution. A ZCD is mainly a reflection of the transpression setting. Its formation is accompanied by 3D plastic shear flow of matter and dilatancy of the deformed volume. A ZCD may be associated with the development of the ‘basement – cover’ system. It may also occur due to the intra-cover tectogenesis that does not influence the basement. Locations of ZCDs are spatially regular and predetermine the tectonic divisibility of the crust and lithosphere.В настоящее время большое внимание уделяется изучению узких линейных зон, которые, пронизывая земную кору на разную глубину, характеризуются сложной инфраструктурой и интенсивной в сравнении с фоновой тектонической переработкой горных масс. Такие структуры получили название «структуры цветка» или «зоны концентрированной деформации». Изучение натурных объектов вкупе с данными тектонофизического и расчетного моделирования, дополненное анализом литературного материала, позволило сделать следующие выводы: ЗКД в эксперименте и в природных объектах обнаруживают сходство, иногда тождество, по морфологии, инфраструктуре, этапности эволюции; ЗКД отражают преимущественно обстановки транспрессии, и их формирование сопровождается 3D пластическим сдвиговым течением вещества и дилатансией деформируемого объема; возникновение ЗКД может быть связано с развитием системы «фундамент – чехол», но может определяться и внутричехольным тектогенезом, не затрагивающим фундамент; ЗКД обладают пространственно-регулярным расположением и определяют тектоническую делимость земной коры и литосферы.
СИНРИФТОВЫЕ ПЕСЧАНИКИ: ОСОБЕННОСТИ ВАЛОВОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ПОЛОЖЕНИЕ НА ДИСКРИМИНАНТНЫХ ПАЛЕОГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ДИАГРАММАХ
Get PDFFrom the early 1980s, the data on the bulk chemical composition of sandstones and mudstones are actively involved for interpretation of the paleogeodynamic settings for sedimentary sequences. Discriminant diagrams such as K2O/Na2O–SiO2/Al2O3 [Maynard et al., 1982], (Fe2O3*+MgO)–K2O/Na2O and others [Bhatia, 1983], SiO2–K2O/Na2O [Roser, Korsch, 1986], (K2O+Na2O)–SiO2/20–(TiO2+Fe2O3+MgO) [Kroonenberg, 1994] etc., are now widely used in regional investigations to classify terrigenous rocks from several paleogeodynamic settings (passive and active continental margins, oceanic and continental volcanic arcs etc.) with a certain ‘percentage of consistency’. The first diagrams DF1–DF2 for syn-rift compositions were published in the early 2010s [Verma, Armstrong-Altrin, 2013]. This article analyzes the bulk chemical compositions of syn-rift sandstones from intracratonic rifts and rifts formed during the break-up of the Columbia and Gondwana supercontinents, rifts within volcanic arcs and related to the collapse of collision orogens (for example, Permian sandstones of the Malužiná formation, Western Carpathians, Slovakia). Our database includes the Neoproterozoic Uinta Mountain Group (USA), the Cretaceous Omdurman formation of the Khartoum Basin (Sudan), the siliciclastic deposits of the Kalahari Basin (East African rift zone), the sandstones of the Vindhyan Supergroup (India), the Neoproterozoic Ui Group of the Uchur-Maya region (Southeast Siberia), the Meso-Neoproterozoic Banxi Group (Southern China), the Mesoproterozoic Belt-Purcell Supergroup (USA), the Oronto and Bayfield Groups of the Midcontinent (USA), as well as the sandstones of the Upper Precambrian Ai and Mashak formations, and the metasedimentary rocks of the Arsha Group (Southern Urals). The article examines: (1) the position of the syn-rift sandstone compositions (fields) on the log(SiO2/Al2O3)–log(Na2O/K2O) classification diagram and the F1–F2 diagram, which gives the possible composition of the catchment areas rocks; (2) the position of the syn-rift sandstone compositions, as well as the average values of various indicator ratios and discriminant functions, in the K2O/Na2O–SiO2/Al2O3, F3–F4, SiO2–K2O/Na2O and DF1–DF2 diagrams. The analysis of the results shows that the fields of the syn-rift sandstones are characterized by a wide dispersion of log(SiO2/Al2O3) (0.4…3.5) and log(Na2O/K2O) values (~0.2…6.0 and more). A number of the values do not fit into the typical areas on the classification diagram of F.J. Pettijohn et al., which suggests that the syn-rift sandstones vary considerably in composition that is controlled by a significant number of factors. The diagram of J. Maynard et al. is not suitable for assigning certain sandstone associations to the ‘syn-rift sandstones’ category. In the diagrams of M. Bhatia and K. Crook, as well as those of B. Roser and R. Korsch, the fields and mean points of the syn-rift sandstones are mainly located in the area of passive continental margins; thus, these diagrams can not be used to classify the syn-rift sandstone associations. Contrariwise, on the high-silica DF1–DF2 diagram [Verma, Armstrong-Altrin, 2013], ~80 % of the objects from our database are localized in the field of syn-rift compositions and show a good correlation with the ‘percentage of consistency’ evaluated by the authors for the samples from similar settings (79–85 %). Thus, according to the data presented in the article, the DF1–DF2 diagram is the most rational and acceptable discriminant diagram for assigning certain sandstone associations to the ‘syn-rift infilling’ category.Для интерпретации палеогеодинамических обстановок формирования терригенных толщ с начала 1980-х годов активно привлекаются данные о валовом химическом составе песчаников и глинистых образований. Опубликован ряд дискриминантных диаграмм, широко вошедших в практику региональных исследований (например, K2O/Na2O–SiO2/Al2O3 [Maynard et al., 1982], (Fe2O3*+MgO)–K2O/Na2O и другие [Bhatia, 1983], SiO2–K2O/Na2O [Roser, Korsch, 1986], (K2O+Na2O)–SiO2/20–(TiO2+Fe2O3+MgO) [Kroonenberg, 1994] и др. Они дают возможность с той или иной «долей соответствия» отнести терригенные породы к образованиям нескольких палеогеодинамических обстановок: пассивных и активных континентальных окраин, океанических и континентальных вулканических дуг. В 2000-х годах предложены диаграммы DF1–DF2 [Verma, Armstrong-Altrin, 2013], на которых впервые появилась область составов, свойственных рифтогенным обстановкам. В статье проанализированы материалы по валовому химическому составу песчаников ряда интракратонных рифтов, рифтов, сформированных при распаде суперконтинентов Коламбия и Гондвана, а также рифтов, приуроченных к вулканическим дугам и связанных с коллапсом коллизионных орогенов (например, пермские песчаники формации Malužiná, Западные Карпаты). К их числу относятся псаммиты неопротерозойской серии Uinta Mountain (США), песчаники меловой формации Omdurman Хартумского бассейна (Судан), силикокластические образования бассейна Калахари (Восточно-Африканская рифтовая зона), отложения надсерии Vindhyan (Индия), уйской серии неопротерозоя Учуро-Майского региона (Юго-Восточная Сибирь), мезонеопротерозойской серии Banxi (Южный Китай), мезопротерозойской надсерии Белт-Перселл (США), серий Oronto и Bayfield рифтовой области Мидконтинента (США), а также псаммиты айской и машакской свит и метаосадочные образования аршинской серии верхнего докембрия Южного Урала. Рассмотрено: 1) положение полей составов песчаников на классификационной диаграмме log(SiO2/Al2O3)–log(Na2O/K2O) и диаграмме F1–F2, дающей представление о возможном составе комплексов пород – источников обломочного материала; 2) положение полей составов песчаников, а также средних значений ряда индикаторных отношений и дискриминантных функций, на диаграммах K2O/Na2O–SiO2/Al2O3, F3–F4, SiO2–K2O/Na2O и DF1–DF2. Анализ полученных результатов позволяет видеть следующее: 1) поля синрифтовых песчаников характеризуются широким разбросом значений log(SiO2/Al2O3) (0.4…3.5) и log(Na2O/K2O) (~0.2…6.0 и более). Ряд из них вообще не укладываются в типовые области классификационной диаграммы Ф.Дж. Петтиджона с соавторами. Это дает основание считать, что состав синрифтовых песчаников может быть весьма различным, так как контролируется значительным числом факторов. Диаграмма Дж. Мейнарда с соавторами не пригодна для отнесения тех или иных песчаниковых ассоциаций к категории синрифтовых псаммитов. На диаграммах М. Бхатиа и К. Крука, а также Б. Розера и Р. Корша и поля, и средние точки составов синрифтовых песчаников в основном расположены в области пассивных континентальных окраин, что делает невозможным их использование для отнесения тех или иных песчаниковых ассоциаций к категории «синрифтовых песчаников». Напротив, на высококремнистой диаграмме DF1–DF2 С. Верма и Дж. Армстронга-Алтрина ~80 % объектов из нашего банка данных локализованы в области составов, свойственных именно рифтогенным обстановкам. Это хорошо соотносится и с авторской оценкой «процента соответствия» для образцов из подобных обстановок (79–85 %). Таким образом, приведенные в статье данные показывают, что наиболее приемлемой дискриминантной диаграммой для отнесения тех или иных песчаниковых ассоциаций к категории «синрифтовых» в настоящее время является диаграмма С. Верма и Дж. Армстронга-Алтрина
О формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Часть II. Глубинный уровень
Get PDFIn the part 2 of the study [Ruzhich, Kocharyan, 2017, we aimed at identifying the elements of paleoearthquake sources in the crust, which formed at the hypocentral depths in the exhumed Primorsky segment of the ancient collisional suture. The study area covered the southeastern margin of the Siberian craton (Pribaikalie, East Siberia). Slickensides, pseudo-tachyllite (basaltic glass) and other petrological evidence of intensive tectonic movements were sampled. The structure of the deep segments of the collisional suture were reconstructed from on the data on coseismic ruptures and faults, and the PT parameters were estimated. In the past decades, similar research problems were actively investigated (e.g. [Sibson, 1973; Byerlee, 1978; Morrow et al., 1992; Hodges, 2004; Kirkpatrick et al., 2012). In Russia, the interest in studying geological and geophysical features of the deeply denuded areas in ancient faults is still limited [Sherman, 1977; Ruzhich, 1989, 1992, 1997; Savel’eva et al., 2003; Ruzhich et al., 2015; Kocharyan, 2016. The deeply denuded Primorsky segment of the collisional suture of the Siberian Craton underwent the geological evolution of a billion years. In the analysis, we used additional geological data from the petrology studies of the Main Sayan fault zone and other exhumed fault segments, including the seismogenerating faults in the Mongolia-Baikal region [Zamaraev, Ruzhich, 1978; Zamaraev et al., 1979; Ruzhich et al., 2009. From the PT conditions for the occurrence of the slickensides, pseudo-tachylyte, and the Primorsky segment structure, the 40Ar/39Ar method estimated the age of the slickensides containing tourmaline at 673±4.8 Ma, which may correspond to the Neoproterozoic stage of the breakdown of the megacontinent Rodinia. Another dating, 415.4±4.1 Ma, obtained for the muscovite sample from a decompressional rupture, refers to the Early Paleozoic stage in the development of the collisional suture, when accretion of the Siberian Craton and the Olkhon terrain took place [Donskaya et al., 2003; Fedorovsky et al., 2010. Based on these ages and other available petrological data, the depths of the heterochronous systems of coseismic ruptures were estimated:18 km in the Neoproterozoic, and12 km in the Middle Paleozoic stage of the seismotectonic evolution of the crust in Pribaikalie. The deep paleoseismological settings need to be further investigated in order to more thoroughly clarify the physical and chemical conditions that contributed to the occurrence of the ancient and recent sources of strong earthquakes in the deep segments of faults in the crust. Such information is a prerequisite for further progress towards resolving the problems of securing seismic safety in various regions.В продолжение опубликованной ранее первой части исследования [Ruzhich, Kocharyan, 2017 в данной статье сделан акцент на выявлении признаков распознавания элементов палеоочагов землетрясений, формирующихся на гипоцентральных глубинах земной коры в эксгумированном Приморском сегменте древнего коллизионного шва на юго-восточной окраине Сибирского кратона (Прибайкалье, Восточная Сибирь). Для этого проводился отбор образцов зеркал скольжения, псевдотахилитов и других петрологических свидетельств интенсивных тектонических подвижек. Собранные сведения о косейсмических разрывных нарушениях использовались для реконструкции строения глубинных сегментов коллизионного шва и восстановления некоторых параметров РТ-условий. Попытки решения подобных задач в других сейсмоопасных регионах предпринимаются зарубежными исследователями в течение нескольких последних десятилетий, например, в работах [Sibson, 1973; Byerlee,1978; Morrow et al., 1992; Hodges, 2004; Kirkpatrick et al., 2012. В России к геолого-геофизическому изучению глубоко денудированных участков древних разломов проявляется пока еще ограниченный интерес [Sherman, 1977; Ruzhich, 1989, 1992, 1997; Savel'eva et al., 2003; Ruzhich et al., 2015; Kocharyan, 2016. В рамках данной работы основное внимание было уделено зоне глубоко денудированного Приморского сегмента коллизионного шва Сибирского кратона, претерпевшего геологическую эволюцию длительностью порядка миллиарда лет. Также привлекались дополнительные геологические сведения, полученные авторами и другими исследователями при петрологическом изучении зоны Главного Саянского разлома и иных эксгумированных участков разломов, в том числе сейсмогенерирующих разломов Монголо-Байкальского региона [Zamarayev, Ruzhich, 1978; Zamarayev et al., 1979; Ruzhich et al., 2009. На основании собранных сведений о РТ-условиях возникновения зеркал скольжения, псевдотахилитов и строении Приморского участка коллизионного шва получена оценка возраста зеркала скольжения с турмалином по 40Ar/39Ar методу, которая составляет 673±4.8 млн лет и предположительно может соответствовать неопротерозойской эпохе распада мегаматерика Родиния. По мусковиту в другой декомпрессионной трещине получена еще одна датировка – 415.4±4.1 млн лет, которую возможно отнести к раннепалеозойскому этапу формирования коллизионного шва, при котором происходила аккреция Сибирского кратона и Ольхонского террейна [Donskaya et al., 2003; Fedorovsky et al., 2010. С учетом полученных датировок и других петрологических сведений определены глубины, на которых происходило развитие разновозрастных систем косейсмических разрывов:18 км – в неопротерозойский,12 км – в среднепалеозойский этап сейсмотектонической эволюции земной коры в Прибайкалье. В заключение обосновывается актуальность дальнейшего совершенствования глубинных палеосейсмологических исследований с целью более предметного выяснения физико-химических условий, оптимальных для возникновения древних и современных очагов сильных землетрясений в глубинных сегментах разломов, пронизывающих земную кору. Дальнейшее продвижение в направлении решения проблем обеспечения сейсмобезопасности в различных регионах без подобных сведений может оказаться недостаточно результативным.
ПЕТРОГЕНЕЗИС И СТРУКТУРНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ РАННЕПРОТЕРОЗОЙСКИХ ЧАРНОКИТОВ ТАТАРНИКОВСКОГО КОМПЛЕКСА ЮЖНО-СИБИРСКОГО ПОСТКОЛЛИЗИОННОГО МАГМАТИЧЕСКОГО ПОЯСА СИБИРСКОГО КРАТОНА
Get PDFThe article reports on the geological, mineralogical, geochemical and isotope-geochemical studies of granitoids (charnockites) from the Tatarnikovsky massif located in the northern part of the Baikal uplift of the Siberian craton basement. The age of the studied granitoids is 1.85 Ga. Like other unmetamorphosed granitoids and associated volcanic, the granitoids dated 1.88–1.84 Ga are abundant in the southern area of the Siberian craton. These rocks are a part of the South Siberian post-collisional magmatic belt. The Tatarnikovsky granitoids form a series of small massifs confined to the Davan tectonic zone. However, unlike the rocks of the Davan zone, these granitoids have not been subjected to dynamometamorphism, mylonitization and metasomatism, and seem younger than the geologic structure of this zone. The formation of granitoids coincides in time with the youngest formations in the North Baikal volcanoplutonic belt (1.85–1.84 Ga). The Tatarnikovsky granitoids have two facies varieties – coarse-grained and medium-fine-grained porphyric, the transition being gradual. Considering the mineral composition of the granitoids, specifically the presence of orthopyroxene, these rocks can be classified as charnockites. The research results presented in this article are based on the study of charnockites in the Tatarnikovsky massif, the largest in the Tatarnikovsky complex. The chemical composition of the Tatarnikovsky coarse-grained granitoids corresponds to monzonite and syenite, and fine-grained porphyry granitoids are granosyenite. All the studied granitoids are close to alkaline and calc-alkaline, metaluminous (ASI=0.83–0.97), ferrous (FeO*/(FeO*+MgO)=0.86–0.89) granite, with high concentrations of Nb, Y, Zr, and Ba, and low concentrations of Sr. According to their geochemical characteristics, the Tatarnikovsky granitoids correspond to A-type granite. These rocks show negative values εNd(t)=–1.4…–3.5 and model age ТNdDM=2.4–2.5 Ga. The temperature estimated for the initial stages of crystallization of granitoid melts suggests that granitoids formed at high temperatures, 890–960°С (i.e. the zircon saturation temperature). The granitoid melts crystallized in hypabyssal conditions at the pressure of 2.2–2.9 kbar, as well as in conditions of low or moderate oxygen fugacity. According to the mineralogical, geochemical and isotope-geochemical data, the Tatarnikovsky charnockite could have resulted from melting of mafic rocks from the lower crust (gabbroid, and ferrodiorite) which are products of differentiation of the tholeiitic mantle magmas that had intruded into the base of the continental crust. Taking into account the high concentrations of Ba and the positive anomalies of Eu in the distribution spectra of rare-earth elements (REE) of the coarse-grained granitoids, it can be suggested that these granitoids are the products of partial melting of the crustalmafic source. The fine-grained porphyry granitoids with higher silica contents and lower Ba and Zr contents than those in the coarse-grained granitoids, as well as the negative anomalies of Eu in the REE distribution spectra, are the products of fractional crystallization of the granitoid melt. With regard to formation of the unified structure of the Siberian craton, the geodynamic setting for formation of the Tatarnikovsky charnockite is considered as postcollisional extension due to the fact that these rocks belong to the South Siberian post-collisional magmatic belt. However, on a more local scale of the Baikal uplift of the Siberian craton basement, we suggest that the intercontinental rifting setting was in place during the intrusion of the Tatarnikovsky granitoids, the rocks of the North Baikal volcanoplutonic belt, the granitoids of the Primorsky and Achadsky complexes that cross the rocks of the Akitkan fold belt, collision events in which ceased 1.98–1.97 Ga ago.В статье приводятся результаты геологического, минералогического, геохимического и изотопногеохимического изучения гранитоидов (чарнокитов) татарниковского комплекса, расположенного в северной части Байкальского краевого выступа фундамента Сибирского кратона. Гранитоиды имеют возраст 1.85 млрд лет и подобно другим неметаморфизованным гранитоидам и ассоциирующим с ними вулканитам с возрастом 1.88–1.84 млрд лет, широко распространенным в пределах южной части Сибирского кратона, входят в структуру Южно-Сибирского постколлизионного магматического пояса. Гранитоиды татарниковского комплекса образуют серию небольших массивов, приуроченных к Даванской зоне смятия. Однако, в отличие от пород Даванской зоны, гранитоиды не подвержены процессам динамометаморфизма, милонитизации и метасоматоза, что указывает на их формирование после становления структуры этой зоны. Образование гранитоидов совпадает по времени с формированием наиболее молодых образований Северо-Байкальского вулканоплутонического пояса (1.85–1.84 млрд лет). Среди гранитоидов татарниковского комплекса выделяются две фациальные разновидности с постепенными переходами: крупнозернистые породы и средне- и мелкозернистые порфировые породы. Минеральный состав гранитоидов, а именно присутствие в них ромбического пироксена, позволяет относить их к чарнокитам. Результаты, представленные в статье, основываются на изучении чарнокитов в самом крупном из массивов татарниковского комплекса – Татарниковском массиве. Крупнозернистые гранитоиды Татарниковского массива по своему химическому составу соответствуют монцонитам и сиенитам, а мелкозернистые порфировые гранитоиды – граносиенитам. Все гранитоиды по составу близки щелочным и известково-щелочным, умеренно-глиноземистым (ASI=0.83–0.97), железистым (FeO*/(FeO*+MgO)= =0.86–0.89) гранитам. Исследованные породы характеризуются высокими концентрациями Nb, Y, Zr, Ba и пониженными содержаниями Sr. По своим геохимическим характеристикам породы соответствуют гранитам А-типа. Проанализированные гранитоиды Татарниковского массива характеризуются отрицательными величинами εNd(t)=–1.4…–3.5 и модельным возрастом ТNdDM=2.4–2.5 млрд лет. Оценка температур начальных стадий кристаллизации гранитоидных расплавов показала, что формирование гранитоидов происходило при высоких температурах – 890–960 °С (температура насыщения расплава цирконом). Кристаллизация гранитоидных расплавов осуществлялась в гипабиссальных условиях при давлении 2.2–2.9 кбар, а также в условиях низкой или умеренной фугитивности кислорода. Минералогические, геохимические и изотопно-геохимические данные свидетельствуют о том, что чарнокиты татарниковского комплекса могли быть образованы за счет плавления мафических пород нижней коры (габброидов, ферродиоритов), которые были сформированы в результате дифференциации мантийных толеитовых магм, внедрившихся в основание континентальной коры. Высокие концентрации Ba и положительные Eu аномалии на спектрах распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) крупнозернистых гранитоидов позволяют допускать, что гранитоиды формировались посредством частичного плавления корового мафического источника. Мелкозернистые порфировые гранитоиды, обнаруживающие более высокие содержания кремнезема и более низкие содержания Ва, Zr по сравнению с крупнозернистыми разностями, а также отрицательные Eu аномалии на спектрах распределения РЗЭ, были образованы в результате фракционной кристаллизации гранитоидного расплава. В масштабе становления единой структуры Сибирского кратона геодинамическая обстановка формирования чарнокитов татарниковского комплекса рассматривается как постколлизионное растяжение на основании их принадлежности к Южно-Сибирскому постколлизионному магматическому поясу. Однако в более локальном масштабе Байкальского выступа фундамента кратона внедрение гранитоидов татарниковского комплекса, так же как пород СевероБайкальского вулканоплутонического пояса, гранитоидов приморского и абчадского комплексов, пересекающих породы Акитканского складчатого пояса, коллизионные события в котором завершились на временном рубеже 1.98–1.97 млрд лет, происходило в обстановке внутриконтинентального рифтогенеза