Petrophysical grouping of schist rocks of the Nerkayu complex (the Nether-Polar Urals)

全文:

Введение

Неркаюский эклогит-сланцевый комплекс расположен в северо-восточной части Приполярного Урала (рис. 1). Неркаюский комплекс относится к Западно-Уральской структурной зоне и заключен между двумя глубинными разломами: Эрепшорским на западе и Главным Уральским — на востоке. Исследуемый комплекс вытянут в северо-восточном направлении с юга на север по правобережью р. Хулги от ее крупного притока — р. Хальмеръю — до р. Бол. Тыкотлова на 85 км при ширине до 16 км. Образования комплекса представлены различными по составу высокобарическими метаморфическими породами. В основном это слюдяные, хлоритовые, амфиболовые и глаукофановые сланцы. Они составляют 70–80 % метаморфического комплекса. В подчиненном положении находятся метабазиты неркаюского комплекса, которые в основном наблюдаются в северной части комплекса (Государственная…, 2007).

 

Рис. 1. Схема расположения и геологическое строение северной части неркаюского комплекса Приполярного Урала (Государственная…, 2007): 1 — погурейская свита (нерасчлененные образования O₃–O₁pg); 2 — малохосаинская толща (R₃mh); 3–5 — неркаюская свита: 3 — верхняя подсвита (PR₁nk₃): кристаллические сланцы, амфиболиты, эклогиты, кварциты, гнейсы; 4 — средняя подсвита (PR₁nk₂): кристаллические сланцы, амфиболиты, кварциты, гнейсы; 5 — нижняя подсвита (PR₁nk₁): кристаллические сланцы, амфиболиты, эклогиты, кварциты, гнейсы; 6 — кемпирсайско-войкарский комплекс тектонитов (m); 7 — габбровый комплекс (νO₃–S₁); 8 — гипербазитовый комплекс (ΣO₂); 9 — неоген-четвертичные отложения (N–Q); 10 — границы неркаюского комплекса; 11 — Главный Уральский разлом (надвиг); 12 — места отбора образцов

Fig. 1. Location diagram and geological structure of the Nerkayu complex of the northern part of the Subpolar Urals (State…, 2007): 1 — Pogurey Formation (undivided formations O₃–O₁pg); 2 — Malokhosainskaya strata (R₃mh); 3–5 — Nerkayu formation: 3 — upper subformation (PR₁nk₃): crystalline schists, amphibolites, eclogites, quartzites, gneisses; 4 — middle subformation (PR₁nk₂): crystalline schists, amphibolites, quartzites, gneisses; 5 — lower subformation (PR₁nk₁): crystalline schists, amphibolites, eclogites, quartzites, gneisses; 6 — Kempirsay-Voykar tectonite complex (m); 7 — gabbro complex (νO₃–S₁); 8 — hypermafic complex (ΣO₂); 9 — Neogene-Quaternary deposits (N–Q); 10 — boundaries of the Nerkayu complex; 11 — Main Ural fault (thrust); 12 — places of sampling

 

Среди геологов пока нет единого мнения по поводу строения неркаюского комплекса, возраста пород, количества и последовательности этапов метаморфических процессов (Пыстин и др., 1980, 1983, 1994; Иванов и др.,1981; Пучков и др., 1983, 1986; Вализер, Ленных, 1988; Gómez-Pugnaire and at., 1997; Григорьев и др., 2005; Ремизов и др., 2006). Одни специалисты предполагают, что породы комплекса образовались в амфиболитовую фацию метаморфизма в докембрийское время, а затем претерпели эклогитизацию и глаукофанизацию в палеозое (Пучков, Карстен, 1986). Согласно мнению других исследователей, полиметаморфизм (амфиболитизация и эклогитизация) проявился в докембрии, а низкотемпературные изменения породы претерпели в процессе диафтореза в палеозойское время (Пыстин и др., 1983, Вализер, Ленных, 1988). Согласно мнению еще одной группы геологов, эклогиты, глаукофановые сланцы и амфиболиты образуются в течение одного палеозойского тектонического этапа (Григорьев и др., 2005, Ремизов и др., 2006). Высокобарический метаморфизм неркаюского комплекса они связывают с погружением палеозойских образований в составе аккреционной призмы в зону субдукции.

Изучение физических свойств пород на Урале начались с 1964 года во время проведения крупномасштабного геологического картирования перспективных территорий. В задачи петрофизики входили обоснование выбора геофизических методов и эффективная интерпретация геофизических данных как наиболее важных для изучения глубинного строения Уральского региона. Результаты изучения физических свойств пород по Южному и Среднему Уралу детально представлены в работах Е. С. Родионова, Н. Б. Пунегова, Н. А. Плохих, Н. Ф. Донукалова, Б. К. Кунщикова и других исследователей. Особого внимания заслуживают региональные петрофизические исследования Н. Б. Дортман, в том числе по Уральскому региону. Огромный вклад в области наук о Земле внесли петрофизические данные пород Уральской сверхглубокой скважины (СГ-4). С 1991 года в связи с уменьшением заинтересованности в региональных геологических исследованиях на Урале, как следствие, снизился интерес к геофизическим и петрофизическим работам. Тем не менее накопленный фактический материал по Уральскому региону был использован в ряде руководств (Методические…, 1983), а также в учебных пособиях по петрофизике и справочниках. Сведения о физических свойствах пород севера Урала находятся в основном в материалах «Комигеолфонда» и научных публикациях (Пономарева и др., 2014, 2016; 2022, 2024). При проведении петрофизических исследований ставились следующие задачи: изучение физических свойств сланцевых пород неркаюского комплекса и выявление причин их изменчивости; проведение петрофизического группирования пород с учетом закономерностей, выявленных в комплексе с петрографическими и петрохимическими данными. Решение поставленных задач более эффективно помогает выявить определенные петрофизические группы пород в аномалиях гравитационного и магнитного полей.

Петрофизическая неоднородность пород неркаюского комплекса ранее была обнаружена на примере метабазитов (Пономарева, Кушманова, 2022). Новые данные указали одновременно на определенную схожесть в характере распределения свойств в амфиболитах и эклогитах и различие в причинах их изменчивости. Например, корреляционный анализ удельной магнитной восприимчивости выявил деление метабазитов на немагнитные и магнитные петрогруппы. Петрографическое описание указало на значительное усиление магнитных свойств только у диафторированных и метасоматически измененных амфиболитов, связанное с повышенными содержаниями ильменита, магнетита и титаномагнетита в породах. Рост магнитной восприимчивости у эклогитов связан с эпидотизацией, в процессе которой развивается магнетит. Среди метаморфических образований неркаюского комплекса метабазиты составляют менее 20 %, в основном комплекс представлен кристаллическими сланцами различного состава, которые являются объектом нашего внимания. По сути, данная работа является продолжением ранее начатых комплексных петрофизических исследований в неркаюском эклогит-амфиболит-сланцевом комплексе.

Методы исследований

Петрографическое описании пород проводилось в шлифах на поляризационном микроскопе «БиОптик СР-400» («БиОптик», РФ). Рудные минералы изучались на сканирующем электронном микроскопе Tescan VEGA3 LMH (TESCAN, Czech Republic). Химический состав пород получен методом мокрой химии и комплексного метода мокрой химии и рентгенофлуоресцентного анализа. Измерения физических свойств, петрографическое описание пород, определение химического состава кристаллических сланцев проводились в лабораторных условиях Института геологии Коми НЦ УрО РАН. Плотность определялась методом гидростатического взвешивания с помощью весов «Меттлер Толедо». Магнитная восприимчивость пород измерялась в порошковом виде на приборе Kappabrige KLY (Geofizika BRNO, Czechoslovakia) с точностью измерения 0.2–1 %. Каждая протолочковая проба измерялась трижды. Значения плотности и магнитной восприимчивости обрабатывались методами математической статистики (Дементьев и др., 1977; Stuart, Ord, 1994), в результате чего были построены гистограммы и вариационные кривые. Также для анализа графиков распределения рассчитаны числовые характеристики: среднее значение (η), мода (Мо), медиана (Ме), среднеквадратичные отклонения (σ), дисперсия (D), коэффициент корреляции (r), асимметрия (as) и другие. Всего изучено 40 образцов пород.

Петрографические особенности сланцевых пород неркаюского комплекса

Широко развитые в неркаюском комплексе кристаллические сланцы разнообразны по вещественному составу и дифференцированы по физическим свойствам (табл. 1).

 

Таблица 1. Содержания породобразующих оксидов (мас. %) и физические параметры сланцев неркаюского комплекса

Table 1. Rock-forming oxides content (wt. %) and physical parameters of schists of the Nerkayu complex

nn	№ образцов Sample No.	SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	MnO	MgO	CaO	Na2O	K2O	P2O5	п.п.п. LOI	Сумма Sum	Fe2O3общ	χ, n × 10–8 [SI]	ρ, n × 103 кг/м3
1	нк-14	59.54	1.07	17.64	2.00	4.91	0.11	3.02	1.61	4.13	1.68	0.19	2.74	99.13	7.4	19.19	2.82
2	нк-14-2	66.97	0.46	15.85	1.29	3.64	0.1	1.88	1.50	4.50	0.87	0.51	2.44	100	5.33	15.56	2.71
3	нк-16	61.04	0.87	16.65	2.26	4.38	0.12	3.05	1.66	3.45	2.32	0.48	2.65	99.37	7.08	16.53	2.74
4	нк-16-1	63.03	0.6	18.37	1.32	3.55	0.06	2.15	1.39	3.06	3.16	0.49	2.82	100	5.26	12.48	2.73
5	нк-16-3	60.54	0.59	19.04	1.01	5.14	0.07	2.62	0.97	3.94	2.10	0.53	3.47	100	6.71	17.06	2.76
6	н-166-1	66.68	0.70	15.93	3.66	2.91	0.04	2.12	0.85	2.00	2.46	0.07	2.59	100	6.89	10.04	2.74
7	нк-205	68.08	0.50	15.12	2.75	2.55	0.11	2.25	2.67	2.6	1.91	0.34	1.12	100	5.58	16.90	2.75
78	нк-201	59.6	0.52	13.16	2.38	2.86	0.09	2.2	2.26	3.55	1.00	0.35	2.04	100	5.55	359.34	2.78
9	нк-111	61.73	0.53	18.39	1.90	3.92	0.1	2.29	1.4	1.88	3.83	0.53	3.50	100	6.25	50.64	2.83
10	нк-109	62.23	0.58	18.15	2.15	3.4	0.11	2.07	1.61	2.22	3.44	0.63	3.40	100	5.92	85.25	2.71
11	нк-106	68.34	0.48	14.35	2.62	2.25	0.1	2.40	2.28	4.07	0.66	0.37	2.08	100	5.12	165.80	2.75
12	н-206	59.77	0.80	17.33	3.12	4.5	0.34	3.31	2.61	2.46	2.46	0.22	3.08	100	8.12	19.07	2.85
13	н-146-1	73.86	0.91	10.4	1.69	4.19	0.09	2.00	1.39	2.58	0.90	0.11	1.88	100	6.34	14.62	2.75
14	н-147-1	72.83	1.00	10.98	1.58	4.29	0.10	2.04	1.78	2.43	1.14	0.08	1.75	100	6.34	15.30-	2.80
15	н-62	75.38	0.63	9.78	1.46	2.57	0.10	1.35	2.58	2.13	0.31	0.091	3.25	99.89	4.29	6.86	2.68
16	н-63	77.22	0.67	10.23	1.95	2.27	0.04	1.41	0.84	1.28	1.60	0.06	2.44	100	4.47	15.84	2.71
17	н-216	70.03	0.74	13.22	1.77	4.41	0.08	2.63	0.49	2.48	1.14	0.08	2.95	100	6.66	16.44	2.69
18	н-217	75.13	0.97	9.53	1.53	4.33	0.09	1.59	1.69	2.85	0.61	0.11	1.59	100	6.34	12.63	2.74
19	н-210	77.2	0.12	13.04	0.84	0.72	0.03	0.43	0.3	4.93	1.20	0.04	1.16	100	1.64	8.19	2.62
20	н-182-3	40.52	0.64	10.09	3.07	5.89	0.37	11.31	9.45	3.44	1.03	0.35	13.73	100.48	9.55	240.85	2.88
21	н-184-1	39.48	0.65	9.92	3.20	5.75	0.36	11.16	9.67	3.18	0.98	0.38	13.96	99.26	9.52	287.27	2.94
22	нк-202	51.5	1.07	13.29	5.82	6.95	0.24	5.7	8.28	2.66	0.05	0.89	3.54	100	13.53	2866.73	2.99

Примечание. 1−19 — парапороды: 1−12 — гранатсодержащие и гранатовые кварц-клиноцоизит-амфибол-хлорит-мусковит-альбитовые сланцы: 1−7 — немагнитные, 7−11 — магнитные; 12−19 — гранат-мусковитовые гнейсоподобные сланцы; 20−22 — ортопороды: 20, 21 — кварц-хлорит-мусковит-глаукофан-карбонатные породы; 22 − кварц-клиноцоизит-хлорит-амфибол-альбитовые сланцы.

Note. 1−19 — pararocks: 1−12 — garnet-bearing and garnet quartz-clinozoisite-amphibole-chlorite-muscovite-albite schists: 1−7 — non-magnetic, 7−11 — magnetic; 12−19 — garnet-muscovite gneiss-like schists; 20−22 — orthorocks: 20, 21 — quartz-chlorite-muscovite-glaucophane-carbonate rocks; 22 − quartz-clinozoisite-chlorite-amphibole-albite schists.

 

В результате изучения сланцевых пород северной части неркаюского комплекса установлено, что среди них наиболее распространены гранатсодержащие и гранатовые кварц-клиноцоизит-амфибол-хлорит-мусковит-альбитовые (нк-14, нк-16, нк-16-1, нк-106, нк-104, н-206, нк-201). В подчиненном количестве присутствуют гранат-мусковитовые гнейсоподобные сланцы c хлоритом (н-216), кварц-клиноцоизит-хлорит-амфибол-альбитовые сланцы (нк-202) и кварц-хлорит-мусковит-глаукофан-карбонатные породы (н-182-3, нк-203).

Гранатсодержащие и гранатовые кварц-клиноцоизит-амфибол-хлорит-мусковит-альбитовые сланцы (рис. 2, a, b) имеют гранолепидобластовую, порфиробластовую, мелко- и среднезернистую структуру, сланцеватую и очковую текстуру. В переменном количестве в породах содержатся (об. %): мусковит (10–30), альбит (10–40), кварц (10–15), амфибол (глаукофан, барруазит) (3–15), хлорит (5–20), клиноцоизит (2–10), гранат (1–10), апатит (1), рутил (1–3), магнетит, ильменит (ед. зерна — 3). В породе наблюдаются порфиробласты граната и альбита, между которыми развиваются зерна амфибола, клиноцоизита и чешуйки мусковита и хлорита. Гранат представлен идиоморфными изометричными зернами размером от 0.1 до 1 мм, содержит включения рутила и кварца. Минерал замещается по краям и трещинкам хлоритом. Гранаты иногда образуют структуру «снежного кома». Крупные порфиробласты образуют также зерна удлиненно-линзовидного альбита размером до 2–3 мм. Минерал имеет многочисленные включения удлиненного, изометричного мелкого кварца, амфибола и (редко) мусковита. Часто в альбите можно увидеть простые двойники. Амфибол представлен призматическими изометричными зернами размером 0.2–0.4 мм, редко до 0.7 мм. Минерал плеохроирует от бледно-зеленого до голубовато-зеленого или фиолетового и представлен, скорее всего, щелочным натриевым амфиболом — барруазитом и глаукофаном. По краям, а иногда полностью, амфибол замещается хлоритом. Мусковит представлен вытянутыми в одном направлении чешуйками размером до 1.5, редко до 2 мм, формирует сланцеватую текстуру породы. Хлорит образует крупные чешуйки размером до 3 мм, плеохроирует от бледно-зеленого до зеленого. Минерал развивается как по направлению, так и перпендикулярно сланцеватости, образует сноповидные и радиально-лучистые агрегаты, имеет включения кварца, редко слюды. Рутил представлен изометричными удлиненными зернами размером до 0.1 мм, часто развивается вокруг ильменита. Он просвечивает бурым, темно-коричневым цветом.

 

Рис. 2. Гранатовые кварц-клиноцоизит-амфибол-хлорит-мусковит-альбитовые сланцы (нк-14) — a, b; окварцованный, хлоритизированный сланец (нк-201) — c, d; гранат-мусковитовый гнейсоподобный сланец (н-216) — e, f; кварц-клиноцоизит-хлорит-амфибол-альбитовые сланцы (нк-202) — g, h. Фото сделаны в параллельных и скрещенных николях: Alm — альмандин (гранат), Amp — амфибол, Ms — мусковит, Qz — кварц, Ab — альбит, Czo — клиноцоизит, Mag — магнетит, Chl — хлорит

Fig. 2. Garnet quartz-clinozoisite-amphibole-chlorite-muscovite-albite schists (nk-14) — a–b; silicified, chloritized schist (nk-201) — c–d; garnet-muscovite gneiss-like schist (n-216) — e–f; quartz-clinozoisite-chlorite-amphibole-albite schists (nk-202) — g–h. Photos were taken in parallel and crossed nicoles: Alm — almandine (garnet), Amp — amphibole, Ms — muscovite, Qz — quartz, Ab — albite, Czo — clinozoisite, Mag — magnetite, Chl — chlorite

 

Изредка в породах (рис. 2, c, d) наблюдаются участки (прослои, прожилки, изометричные обособления), выполненные зернами кварца. По всей видимости, кварц (в большей степени) и хлорит являются наложенными минералами по отношению к другим породообразующим составляющим. В породах, где увеличивается содержание крупночешуйчатого хлорита и кварца (нк-106, нк-104, нк-201), наблюдается повышенное содержание магнетита. Магнетит размером до 0.1, редко до 0.2 мм, в сечении имеет неправильную четырехугольную форму. В отраженном свете стально-серый.

Гранат-мусковитовые гнейсоподобные сланцы с хлоритом (или без хлорита) (н-216) имеют лепидогранобластовую, мелко- и среднезернистую структуру, сланцеватую или гнейсовидную текстуру (рис. 2, e, f). Порода состоит (об. %): из кварца (30–40), альбита (20–25), хлорита (10), мусковита (10–15), граната (1), титанита (менее 1), рутила (1) сульфидов и ильменита (1–2).

Порода вмещает удлиненные изометричные таблитчатые зерна альбита размером до 2–3 мм с включениями мелкого кварца, рутила, и мусковита, а также угловатых, удлиненных, неправильной формы зерен кварца размером до 1 мм. В альбите наблюдаются простые двойники. Между зернами кварца и альбита развиваются чешуйки мусковита размером до 0.8 мм, ориентированные в одном направлении. В породе наблюдаются также чешуйки хлорита размером до 1 мм, развивающиеся как по гнейсовидности, так и поперек. Они часто образуют сноповидные агрегаты. Изометричные зерна граната размером до 1 мм практически полностью заместились хлоритом, серицитом и кварцем. Рутил часто развивается вокруг ильменита неправильной формы размером до 0.1–0.2 мм. Встречаются зерна сульфидов кубической изометрической формы размером до 0.5 мм.

Кварц-клиноцоизит-хлорит-амфибол-альбитовые сланцы (нк-202) имеют лепидонематогранобластовую, порфиробластовую, мелко- и среднезернистую структуру, слабосланцеватую и плойчатую текстуру (рис. 2, g, h). Порода состоит (об. %) из: альбита (25–30), амфибола (15–20), кварца (10–12), хлорита (15–20), клиноцоизита (5–10), карбоната (1–2), титанита (1–3) магнетита (5). Порода сложена изометричными, линзовидными порфиробластами альбита размером до 0.6 мм, с мелкими включениями клиноцоизита, амфибола и кварца. Между зернами альбита расположены призматические зерна клиноцоизита и амфибола, чешуйки хлорита, а также кварца размерами до 0.4 мм. Амфибол плеохроирует от бледно-зеленого до голубовато-зеленого (возможно, барруазит). Хлорит образует чешуйки, сноповидные агрегаты размером до 0.5 мм, часто развивается поперек сланцеватости. Минерал плеохроирует от бледно-зеленого до зеленого, интерферирует в коричневых тонах. В породе встречаются скопления мелких изометричных зерен титанита в виде отдельных полос, развиваются зерна магнетита (октаэдры) размером до 1 мм, которые в сечении принимают треугольную и четырехугольную формы. С магнетитом ассоциируются скопления зерен карбоната. Породу прорывает прожилок мощностью около 2 мм магнетит-кварц-клиноцоизитового состава. По взаимоотношениям минералов можно утверждать, что кварц и хлорит, а возможно клиноцоизит и магнетит, являются вторичными по отношению к амфиболу и альбиту.

Кварц-хлорит-мусковит-глаукофан-карбонатные породы имеют лепидонематогранобластовую, средне- и крупнозернистую порфиробластовую структуру, неравномерную сланцеватую или массивную текстуру. Порода состоит (об. %) из амфибола (глаукофан) (20–30), альбита (0–2), хлорита (10), мусковита (5–10), карбоната (20–50), рутила (1), ильменита и магнетита (1–2).

В породе развиваются крупные порфиробласты карбоната размером до 1 см, между которыми наблюдаются мелкие зерна (до 1 мм) глаукофана, кварца, хлорита и мусковита. В карбонате присутствуют включения кварца, глаукофана, мусковита. Зеленый хлорит образует чешуйки размером до 2 мм, интерферирует в серо-зеленых тонах. Призматический и длиннопризматический глаукофан плеохроирует от бледно-зеленого до бледно-фиолетового. Кварц и альбит образуют удлиненные, неправильной формы зерна размером до 1.5 мм. В кварце иногда наблюдается неравномерное погасание, полосы излома. Рутил развивается, по-видимому, вокруг ильменита. Рудные минералы размером 0.1 мм в сечении имеют сложные четырехугольные формы.

Из петрографического описания следует, что различные по составу кристаллические сланцы в разной степени подверглись вторичным изменениям. В процессе окварцевания, хлоритизации, эпидотизации и карбонатизации в сланцах развиваются рудные минералы — ильменит, магнетит и сульфиды.

Петрохимические особенности сланцев неркаюского комплекса

Для разделения сланцев на пара- и ортопороды была применена диаграмма А. Нематова, в которой использовались данные химического состава пород, представленные в таблице 1. На диаграмме А. Нематова преобладающее большинство фигуративных точек cоставов гранатсодержащих и гранатовых кварц-клиноцоизит-амфибол-хлорит-мусковит-альбитовых сланцев и гранат-мусковитовых гнейсоподобных пород попадают в область парапород (рис. 3). Подтверждают первичную осадочную природу этой группы сланцев данные дискриминантной функции DF(x) (Великославинский и др., 2013), значения которой находятся в пределах 0.35–1.74, и результаты анализа литохимических особенностей. На классификационной диаграмме М. Хиррона большая часть образцов попадает в область глинистых пород (рис. 4). Гранат-мусковитовые гнейсоподобные породы обнаруживают схожесть с железистыми песчаниками (единичные образцы находятся в поле литита и вакка). Выводы о первично-осадочном происхождении кристаллических сланцев были получены в работах предшественников (Пыстин и др., 1994; Ремизов и др., 2006; Кушманова, 2020).

 

Рис. 3. Диаграмма для разделения пара- и ортопород по А. Нематову (Ефремова, Стафеев, 1985): Grt — гранат, Czo — клиноцоизит, Amp — амфибол, Chl — хлорит, Ms — мусковит, Ab — альбит, Q — кварц, Gln — глаукофан, Crb — карбонат, Ep — эпидот

Fig. 3. Diagram for separating para- and ortho-rocks according to A. Nematov (Efremova, Stafeev, 1985): Grt — garnet, Czo — clinozoisite, Amp — amphibole, Chl — chlorite, Ms — muscovite, Ab — albite, Q — quartz, Gln — glaucophane, Crb — carbonate, Ep — epidote 

 

Рис. 4. Классификационная диаграмма М. Хиррона (Herron, 1988)

Fig. 4. Classification diagram by M. Herron (Herron, 1988)

 

Несколько фигуративных точек кварц-хлорит-мусковит-глаукофан-карбонатного и кварц-клиноцоизит-хлорит-амфибол-альбитового состава пород проецируются в поле ортопород (рис. 3). Для реконструкции их первичного состава была построена диаграмма TAS, на которой фигуративные точки химического состава амфиболовых (глаукофановых) сланцев попадают в поле базальтов (габбро) либо располагаются в области субщелочных габброидов (рис. 5).

 

Рис. 5. Положение фигуративных точек ортопород неркаюского комплекса на диаграмме TAS (Классификация…, 1997)

Fig. 5. Position of figurative points of orthorocks of the Nerkay complex on the TAS diagram (Classification..., 1997)

 

Петрофизические группы сланцев неркаюского комплекса

Результаты совместного анализа плотности, зависящего от вещественного состава пород, их текстурно-структурных особенностей, и магнитной восприимчивости, обусловленной образованием ферромагнитных минералов при вторичных (наложенных) процессах, представлены в таблице 2. В процессе группирования по петроплотностным и петромагнитным параметрам кристаллические сланцы разделились на четыре петрофизические группы (Пономарева, Кушманова, 2024). Каждая выделенная петрогруппа отличается количественно-минеральным составом и пределами вариаций плотности и удельной магнитной восприимчивости. Наиболее детально распределение физических параметров представлено на гистограммах и вариационных кривых распределения (рис. 6).

 

Рис. 6. Гистограммы и вариационные кривые плотности (a) и намагниченности (b) кристаллических сланцев неркаюского комплекса

Fig. 6. Histograms and variation curves of density (a) and magnetization (b) of crystalline schists of the Nerkayu complex

 

У кристаллических сланцев наблюдаются широкие диапазоны изменения как плотности (2.62–3.02) × 10³ кг/м³ (рис. 6, a), так и удельной магнитной восприимчивости (10–2880) × 10^-8 СИ (рис. 6, b). Статистические характеристики распределения плотности (Мо — 2.71, Ме — 2.74, η — 2,76, As — 1) и удельной магнитной восприимчивости (Мо — 15.84; Ме — 20.75; η — 86.6, As — 1.3) имеют сложную форму вариационных кривых со случайными флуктуациями и положительную правостороннюю асимметрию на обоих графиках. На рис. 6 плотностной максимум, заключенный в пределах (2.72–2.77) × 10³ кг/м³, составляют гранатсодержащие и гранатовые кварц-клиноцоизит-амфибол-хлорит-мусковит-альбитовые сланцы (табл. 2, Ia). Магнетит в этих кристаллических сланцах практически не встречается или встречается редко в виде мелких зерен размером до 0.1 мм, поэтому сланцы немагнитны. Для них характерен очень узкий диапазон изменения магнитной восприимчивости, заключенный в интервале (10–56) × 10^–8 СИ (рис. 6, b). Среди сланцев осадочного происхождения встречаются магнитные разности (табл. 2, Ib). Развитие магнитных рудных минералов подтверждается ростом значений χ_уд свыше 100 × 10^–8 СИ и может варьировать в пределах (148–240) × 10^–8 СИ. В процессе замещения высокоплотных минералов (амфибол) на минералы с низкоплотностными свойствами (кварц, хлорит) плотность сланцев остается постоянной благодаря образованию рудных минералов, таких как рутил, титаномагнетит, магнетит (нк-106, нк-104, нк-201). Важно отметить, что кварц (в большей степени) и хлорит являются наложенными минералами по отношению к другим породообразующим составляющим.

 

Таблица 2. Петрофизические характеристики кристаллических сланцев неркаюского комплекса

Тable 2. Petrophysical characteristics of crystalline schists of the Nerkayu complex

Петрофизические характеристики пород / Petrophysical characteristics of the rocks
Петроплотностные группы Petrodensity groups	Немагнитные / Non-magnetic			Магнитные / Magnetic
	I	a	ρ < 2.78 × 103 кг/м3 χ < 100 × 10–8 СИ	b	ρ < 2.78 × 103 кг/м3 χ > 100 × 10–8 СИ
	II	c	2.78 < ρ < 3.00 × 103 кг/м3 χ < 100 × 10–8 СИ	d	ρ ≥ 2.78 × 103 кг/м3 χ > 100 × 10–8 СИ

 

Немагнитную петрогруппу также представляют гранат-мусковитовые гнейсоподобные сланцы с хлоритом (или без хлорита) (табл. 2, IIc). Анализ минерального состава гнейсоподобных сланцев показал, что породы, состоящие в основном из кварца, альбита, мусковита, хлорита и граната, практически не содержат ферромагнетиков. В незначительных количествах в качестве рудного минерала у них выступает ильменит. Показатели удельной магнитной восприимчивости соответствуют значениям существенно меньшим, чем 100 × 10^–8 СИ. Но в отличие от вышеописанных кристаллических сланцев гнейсоподобные сланцы имеют повышенные плотности. На рис. 6 пределы вариаций плотности варьируют в интервале 2.78 < ρ < 3.00 × 10³ кг/м³.

Отдельную петрогруппу составляют самые высокоплотные и магнитные сланцы кварц-клиноцоизит-хлорит-амфибол-альбитового и кварц-хлорит-мусковит-глаукофан-карбонатного состава (табл. 2, IId). На гистограмме плотности амфиболовые (глаукофановые) сланцы имеют значения плотности (2.92–2.97) × 10³ кг/м³ (рис. 6, a). Намагниченность этих пород превышает 100 × 10^–8 СИ и меняется в пределах от (286–378) × 10^–8 СИ и более (рис 6, b), а плотность варьирует в пределах 2.78 < ρ ≤ 3.00) × 10³ кг/м³ [9]. Аномально высокими магнитными свойствами отличаются хлоритизированные, окварцованные и эпидотизированные амфиболовые сланцы, в которых обнаружены самые высокие содержания до (5 %) крупнозернистого магнетита (рис. 2, g, h). В этих частично или полностью перекристаллизованных амфиболитах χ_уд увеличивается до 2866 × 10^–8 СИ.

При анализе петроплотностных характеристик парапород отмечаются значительно меньшие плотности у сланцев с мелко- и среднезернистой структурой и сланцеватой (табл. 2, Ia), очковой и гнейсовидной текстурой (табл. 2, IIc). Кроме того, на понижение плотности парапород в определенной степени может влиять мусковит, развивающийся между зернами кварца и альбита по направлению сланцеватости (нк-14, нк-16, нк-16-3). Ортопороды со средне- и крупнозернистой структурой, слабо сланцеватой и массивной текстурой (табл. 2, IId) характеризуются наибольшей плотностью (нк-202, н-182-3, нк-203). На диаграмме зависимости плотности от содержания основных породообразующих оксидов выяснилось, что плотность кристаллических сланцев при r = 0.45 имеет слабую связь с суммой оксидов железа, магния, калия и кальция на всем интервале изменений (рис. 7, a). Обратная зависимость между плотностью и содержанием кремнезема (r = –0.8) (рис. 7, b) также указывает на то, что плотность кристаллических сланцев в меньшей степени зависит от содержаний SiO₂ (менее 50–55 %) в породах (табл. 1).

 

Рис. 7. Диаграммы зависимости изменения плотности сланцев от содержания оксидов: a — FeO + Fe₂O₃ + MgO + CaO; b — SiO₂

Fig. 7. Diagrams of the dependence of changes in schist’s density on the content of oxides: a — FeO + Fe₂O₃ + MgO + CaO; b — SiO₂

 

Приведенные данные показывают, что плотностные характеристики изучаемых пород, претерпевших изменения при низко- и среднетемпературных метаморфических процессах, хорошо коррелируются с их первичным составом и структурно-текстурными особенностями. Сильно рассланцованные гранатсодержащие и гранатовые кварц-клиноцоизит-амфибол-хлорит-мусковит-альбитовые сланцы с гранолепидобластовой структурой, образовавшиеся по глинистым породам, имеют пониженную плотность. Гнейсоподобные породы с лепидогранобластовой структурой, протолитами которых были песчаники, а также апобазальтовые, преимущественно амфиболовые сланцы с нематогранобластовой структурой имеют повышенную плотность.

Выводы

В процессе проведенного петрофизического группирования сланцевых пород неркаюского комплекса выделены четыре группы сланцев, отличающиеся вещественным составом, физическими параметрами и генезисом.

Петроплотностные характеристики пара- и ортосланцев определяются минеральным составом и плотностью исходных пород (субстрата). Разделение по плотности проходит по условному значению 2.78 × × 10³ кг/м³.

В отличие от плотности, магнитные свойства кристаллических сланцев имеют наложенный характер и зависят от количества и размерности зерен вторичного магнетита, развивающегося в процессе диафтореза. Локальный характер распределения магнетита в породах позволил выделить среди пара- и ортосланцев немагнитные (до 100 × 10^–8 СИ) и магнитные (свыше 100 × 10^–8 СИ) разности.

Результаты комплексного подхода в изучении физических свойств сланцевых пород неркаюского комплекca, на наш взгляд, являются ценным материалом при решении задач петрофизического районирования и для построения надежных геолого-геофизических глубинных моделей.

Работа выполнена в рамках темы государственного задания ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (№ ГР 122040600012-2).

Авторы выражают благодарность кандидату геолого-минералогических наук Н. С. Уляшевой за ряд существенных разъяснений по петрографии и петрохимии.

 

作者简介

T. Ponomareva

Komi Scientific SC UB RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: TAPonomareva@inbox.ru

Institute of Geology

俄罗斯联邦, Syktyvkar

E. Kushmanova

Komi Scientific SC UB RAS

Email: TAPonomareva@inbox.ru

Institute of Geology

俄罗斯联邦, Syktyvkar

参考

补充文件