ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГЕОДИНАМИКА, ГЕОПОЛИТИКА

В Институте геологических наук на основе данных по вещественному составу и Sm/Nd датированию пород из ксенолитов кимберлитовых трубок, керна глубоких скважин, корреляции полученных результатов с материалами по Алдано-Становому, Анабарскому щитам и Оленекскому поднятию, а также анализа гравимагнитных полей составлена карта строения погребенного фундамента восточной части Северо-Азиатского кратона масштаба 1:10000000 (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Структура фундамента восточной части Северо-Азиатского кратона.
1 - архейские гранит-зеленокаменные террейны (ЗА - Западно-Алданский, БТ - Батомгский); 2 - архейские тоналит-трондьемитогнейсовые террейны (МВ - Магано-Вилюйский, ТР - Тырынский, БР - Беректинский); 3 - раннепротерозойские гранулит-ортогнейсовые террейны (СС - Сеймско-Сутамский, НМ - Нимнырский, ТН - Тюнгский, ДЛ - Далдынский); 4 - раннепротерозойские гранулит-парагнейсовые террейны (ТУ - Тимптоно-Учурский, ХП - Хапчанский); 5 - зоны тектонического меланжа (Ам - Амгинская, Тр - Тыркандинская, Ул - Улканская, Ов - Оленекско-Вилюйская, Кк - Катуйканская, Бл - Билляхская, Ол - Оленекская, Кл - Каларская); 6 - рифейские орогенные пояса (НР - Нюрбинский, ЛА - Лено-Алданский).

Установлено, что в строении фундамента кратона участвуют террейны Западно-Якутского и Восточно-Якутского протократонов с возрастом консолидации около 2,6—2,5 млрд лет, разделяющие их Далдыно-Алданский и Хапчано-Учурский гранулитовые пояса с возрастом консолидации 2,1—1,9 млрд лет, а также наложенные на них Нюрбинский и Лено-Алданский орогенные пояса с возрастом 1,4—1,0 млрд лет. Рифейские орогенные пояса выделены впервые, время их формирования совпадает с гренвильской складчатостью на Канадском щите и может служить отправной точкой для палеотектонических реконструкций.

Институтом геохимии ОИГГ и Институтом геологии ОИГГМ на основе комплексного анализа новых палеомагнитных и геологических данных реконструировано строение Сибирской платформы на вендское время. В отличие от прежних реконструкций, установлено, что платформа в венде была разделена на три самостоятельных блока: Алданский, Анабарский и Ангарский (рис. 5.2). Близкое к современному взаимоположение эти блоки приняли в кембрийское время, которое можно считать временем образования Сибирской платформы.

Рис. 5.2. Взаимное положение фрагментов Сибирской платформы в венде по палеомагнитным данным.
1 - рифейский осадочный чехол, 2 - комплексы фундамента, 3 - места отбора проб (стрелки показывают направление на палеополюс).

В Институте геохимии ОИГГ сформулирована новая концепция о двух ветвях мантийного потока флюидов в земную кору: углеводородной и водно-углекислой. Предполагается, что существует единый глубинный поток мантийных флюидов, связанный с дегазацией всплывающих плюмов и астенолитов, но на разных этапах и уровнях подъема мантийных флюидизированных пород и в различных структурно-геодинамических обстановках наиболее активно реализуется одна из двух ветвей. Во внутриконтинентальных рифтах — углеводородная, а на континентальных окраинах — водно-углекислая, но обе ветви могут хронологически и пространственно сближаться и проявляться одновременно на одном и том же месте, что происходит, например, в Тихоокеанской активной окраине. Наличие углеводородов в мантии иллюстрируется составом газовой фазы в алмазе (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Термодинамическая модель состава газовой фазы (вес.%) в алмазе из трубки Кимберли в Южной Африке.
Отношение С:Н:N:О в газовой фазе алмаза, рассчитанное по данным (Mellton, Giardini, 1974) составляет 4,64:1:0,14:1,37. Поле с вертикальной штриховкой соответствует метану. Углеводородные соединения отделены от неорганических газов сплошной жирной линией. Пунктирные линии оконтуривают поля отдельных газов или их групп. Пунктирные линии со стрелками выделяют двухфазные (газ + твердый углерод) области. Сокращения: та — тяжелые алканы, ткус — тяжелые О-содержащие и аус — легкие N-содержащие УВ-соединения.

В Институте геологии ОИГГМ изучение золотоносности ртутных и ртутоносности золоторудных месторождений Алтае-Саянской складчатой области (АССО) позволило установить широкое развитие в ее пределах нового для этого региона золотортутного оруденения (более 40 месторождений, рудопроявлений и точек минерализации, а также ряд новых перспективных участков — рис. 5.4). Выделено четыре основных минеральных типа золотортутного оруденения: золотолиственитовый, золотоаргиллизитовый, золотокарбонатный и золотоадуляровый. Особенностью размещения золотортутного оруденения в западной части АССО является приуроченность его к узлам пересечения региональных ртутно-рудных и золоторедкометалльных (Au—Mo) металлогенических зон.

Рис. 5.4. Схема размещения золотортутного оруденения западной части Алтае-Саянской складчатой области. 1 - мезо-кайнозойские отложения; 2 - среднепалеозойские прогибы; 3 - герцинские структуры Обь-Зайсанской складчатой области; 4 - нижнепалеозойские и докембрийские структуры; 5 - разломы; 6 - ртутные проявления и месторождения; 7 - золотортутные проявления и месторождения; 8 - рудные зоны с золоторудным и редкометалльным Mo-W оруденением: I - Салаирско-Инская, II - Северо-Алтайская, III - Юстыдско-Калгутинская, IV - Уланульская.

Большое металлогеническое значение имеет предложенная Институтом земной коры и Институтом геохимии ОИГГ новая интерпретация положения Монголо-Охотской сутуры, по которой Сибирский континент на рубеже ранней и средней юры сочленился с Монголо-Китайским. Западная ветвь сутуры протягивается не по северо-западным подножьям Даурского, Хэнтэйского и Хангайского поднятий, как считалось ранее, а огибает эти поднятия с юго-востока. Так как в коллизии кроме названных континентов участвовал Ононский островодужный террейн, в Восточном Забайкалье предложено выделять две ветви Монголо-Охотской сутуры. Металлогенический анализ показал, что большая часть районов золоторудной минерализации обнаруживает тяготение к обеим ветвям сутуры в ее новой интерпретации (рис. 5.5).

В Геологическом институте ОИГГ также изучены закономерности размещения проявлений золоторудной минерализации Джидинской и Итанцинской площадей Западного Забайкалья. Установленная аналогия этих площадей с крупными золоторудными месторождениями Восточного Саяна по типу золотой минерализации и условиям размещения делает перспективным прогноз на обнаружение новой золоторудной провинции в пределах Джидинского офиолитового пояса.

Условия образования металлоносных, в том числе и золотоносных, осадочных пород рассмотрены Институтом геохимии ОИГГ. Установлено, что поверхностные донные осадки оз.Байкал являются характерным примером начальной стадии (седиментация и ранний диагенез) формирования металлоносных черных сланцев разных типов. Содержание С_орг в осадках в среднем 1—3% до 5,3% в Малом море. Химический состав пелитовых илов оз.Байкал близок составу ураноносных черных сланцев менилитовой серии Карпат и формации Монтерей Калифорнии, имеющих U—P—Mo—Se—Sb специализацию. Состав алевритовых илов озера (особенно донных отложений его притоков) сходен с составом золотоносных черных сланцев хомолкинской свиты Восточной Сибири (вмещающей золотое месторождение Сухой Лог) (рис. 5.6). Они имеют выраженную Au—Ag—As специализацию.

Рис. 5.6. Сравнение составов золотоносных черных сланцев месторождения Сухой Лог и донных отложений оз. Байкал и его притоков.
1 - черные сланцы, вмещающие месторождение Сухой Лог; 2-4 - отложения оз. Байкал и его притоков: 2 - донные отложения притоков, 3 - алевритовые илы, 4 - пелитовые илы.

Институтом геологических наук на севере Ленского угленосного бассейна установлена провинция редкометалльных и редкоземельных углей, концентрации элементов в которых превосходят большинство известных угольных месторождений мира. В Жиганской группе месторождений (не разрабатываемых), наряду с аномально высокими концентрациями Sr и Zr (1 и 0,2% соответственно), угли обогащены Sc, Y, Yb, Ce, La, кларки концентраций которых варьируют от 10 до 50. Использование метода индуктивно связанной плазмы с масс-спектрометром высокого разрешения позволило выявить и аномальные содержания лантаноидов: Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tu, Lu (рис. 5.7). Предполагаемый генетический тип месторождений — гидрогенный на сорбционных барьерах.

Рис. 5.7. Распределение изотопов редкоземельных элементов в углях Уоттахского и Мавринского месторождений Ленского угольного бассейна.

В Институте геологии нефти и газа ОИГГМ на молекулярном уровне исследованы битумоиды рассеянного органического вещества отложений баженовской, абалакской свит и нижневасюганской подсвиты юры Западно-Сибирской плиты. Основное внимание было уделено изучению насыщенных углеводородов — УВ-биомаркеров: нормальных алканов, ациклических изопреноидов, нафтенов стеранового и терпанового рядов. Для абалакской свиты и нижневасюганской подсвиты такие исследования выполнены впервые. Анализ битумоидов этих свит показал принципиальное их различие (рис. 5.8). Распределение УВ-биомаркеров баженовитов указывает на планктоногенный и бактериогенный источник их органического вещества, а углеводороды абалакской свиты и особенно нижневасюганской подсвиты имеют основным своим источником в значительной степени липиды высшей наземной растительности, в меньшей степени липиды морского живого вещества.

Рис. 5.8. Типовые схемы распределения УВ-биомаркеров (в % на сумму от молекулярной массы) в юрских отложениях Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна.
А - нормальные алканы, Б - стераны, С - трициклические терпаны.

В Институте криосферы Земли создана установка и разработана методика исследований кинетики гидратообразования на начальных этапах возникновения и роста газогидратов при контакте объемных фаз вода—газ. При определении размеров и концентрации частиц дисперсной фазы использован метод многоволновой экстинкции, в основе которого лежат измерения интенсивности рассеяния лазерного излучения гидратными частицами на двух длинах волн: λ ₁ =632 нм и λ ₂ =515 нм. Установка (рис. 5.9) позволяет проводить прямое обнаружение частиц гидратов в диапазоне температур от –10 до +20 ^o С и давления до 7 МПа при их объемной концентрации в системе порядка 10^–6 долей. Прямые измерения делают исследования более объективными, а достигнутая точность позволяет судить о более ранних стадиях гидратообразования и понять его природу, в том числе, в недрах Земли.

Рис. 5.9. Общий вид экспериментальной установки для изучения кинетики гидратообразования газов.

Институтом геологии нефти и газа ОИГГМ предложены макроэкономические показатели для прогноза развития экономики и топливно-энергетического комплекса России (валовой внутренний продукт (ВВП) на душу населения, энергопотребление на душу населения, энергоемкость ВВП, структура энергетического баланса), выполнены классификация стран по эффективности энергопотребления и ВВП на душу населения (рис. 5.10) и многовариантный прогноз развития экономики России до 2030 г., сформулированы предложения к "Концепции выхода России из экономического кризиса", намечены необходимые для этого уровни добычи нефти, газа, угля. Показано, что прирост ВВП до 2030 г. на 60—80% должен произойти за счет роста эффективности энергопотребления.

ГЕОХИМИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ, ПЕТРОГРАФИЯ

В Институте минералогии и петрографии ОИГГМ в развитие теории Д.С.Коржинского получено полное аналитическое решение математической модели диффузионного метасоматоза, позволяющее: найти все характеристики растущей минеральной зональности; выбрать правильную последовательность минеральных зон из нескольких, допускаемых уравнениями модели; найти аналитические выражения для границ, разделяющих в параметрическом пространстве области существования различных последовательностей; рассчитать скорость производства энтропии в минеральной последовательности; распространить область применения минералогической геотермобарометрии на неравновесные структуры; эффективно решать нелинейные системы уравнений, возникающие при описании инфильтрационной метасоматической зональности. Предложенное решение успешно использовано при анализе ряда природных объектов, в частности, гранатовых гранулитов Енисейского кряжа (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Диаграмма всех возможных минеральных последовательностей биметасоматической зональности в гранатовых гранулитах Ангаро-Канского блока Енисейского кряжа (AR—PR₁).
Отображены только внутренние слои без краевых исходных минералов — плагиоклаза и пироксена. Заштрихованная область соответствует последовательности, наблюдаемой в породах блока. Все отображенные последовательности отвечают критерию устойчивости. G — гранат, Q — кварц, С — клинопироксен, О — ортопироксен. Lm, Lc — относительные коэффициенты диффузии магния и кальция. Дополнительные линии в поле последовательности слоев: 2, 5, 10, 15 — доля кварца, 5, 10, 15 — доля граната.

В том же Институте впервые выявлено уникальное разнообразие состава минеральных включений в одном кристалле природного алмаза трубки Мир (35 включений гранатов эклогитового парагенезиса и 5 омфацитов). Для включений были определены вариации состава главных, рассеянных и редкоземельных элементов. Пределы содержания СаО и Mg# в гранатах составляют 3,84—9,66 и 45—56 масс.% соответственно. Такой диапазон охватывает около 50% всех составов гранатов, известных по литературным данным. Исключительно широкие пределы содержания рассеянных элементов, таких как Y, Zr, Sr, охватывают почти весь интервал значений, известных для включений гранатов в алмазах и гранатов из алмазоносных ксенолитов эклогитов — 15,1—48,9 ppm Y; 2,2—40,8 ppm Zr; 0,5—9,1 ppm Sr. Наиболее широкие вариации содержаний редкоземельных элементов для разных зерен отмечены для легких и средних редкоземельных элементов (рис. 5.12). Это свидетельствует об очень сложной истории кристаллизации алмаза и проявлениях глубинного метасоматоза в области устойчивости алмаза.

Рис. 5.12. График распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) во включениях граната в алмазе трубки Мир.
Темное поле — вариации содержаний РЗЭ в гранатах из всех известных эклогитов трубки Мир.

Геологическим институтом ОИГГ и Институтом геологии ОИГГМ проведено изучение изотопного состава углерода из алмазов, графита и карбонатов и установлена мантийная природа углеродизации алмазоносных гипербазитов офиолитового комплекса Восточного Саяна (Оспино-Китойский массив). Ранняя штокверковая углеродизация гипербазитов предшествовала массовой серпентинизации и, по-видимому, осуществлялась на стадии формирования реститов в дообдукционный период. Изотопные характеристики алмаза находятся в нормальном геохимическом ряду с другими углеродистыми минералами, что позволяет предполагать его образование в равновесии с другими минеральными формами углерода, присутствующими в углеродизированных гипербазитах (рис. 5.13). Это принципиально новые данные о природе алмаза в некимберлитовых породах.

Рис. 5.13. Гистограмма изотопного состава углерода в черных сланцах и углеродизированных породах Оспино-Китойского массива.
1 - углеродистые сланцы; 2 - углеродизированные гипербазиты; 3 - углеродизированные альбититы; 4 - алмазы из углеродизированных гипербазитов; 5 - карбонатный углерод из жилообразного тела углеродизированных гипербазитов из экзоконтактной зоны. Наиболее типичные величины δ¹³ СPDB: C-1 - органический углерод, С-2 - углерод эндогенного флюида, С-3 - углерод карбонатитов и алмазов, С-4 - углерод базальтов срединно-океанических хребтов.

Сотрудниками Института земной коры впервые в осадочно-метаморфических породах слюдянского комплекса Южного Прибайкалья открыт Na—Cr пироксен — космохлор (Ko), минерал железных метеоритов. Он относится к трехкомпонентной изоморфной серии космохлор—наталиит—диопсид с максимальным содержанием Cr₂O₃ до 24,7 мас.% (73 мол.% Kо). Выделены близкие к бинарным ряды, в том числе непрерывный ряд диопсид—космохлор от Ди₁₀₀ до Ди₄₅Kо₅₅. Образование космохлора и ряда космохлор—диопсид в значительном Р—Т-диапазоне эндогенных процессов определяется, главным образом, химизмом системы и кинетическими факторами, т.е. хромистость клинопироксенов не может использоваться в качестве индикатора Р—Т-условий. Обнаружение в природе непрерывного изоморфного ряда ставит вопрос о пересмотре серии экспериментальных работ, согласно которым в ряду диопсид—космохлор существует разрыв смесимости (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Рис. 5.14. Соотношение катионов октаэдрической позиции М1 в космохлоре из метаморфических пород слюдянского комплекса (в атомных %).
Звездочки - составы космохлора из метеоритов; пунктиром показано поле пироксенов космохлор-жадеит-эгириновой серии из апоультрабазитов.

В Институте геологических наук установлен непрерывный изоморфизм Cu и Ag в гомологических рядах: тетраэдрит—серебряный аналог тетраэдрита [Cu₁₀(Fe, Zn)₂Sb₄S₁₃—Ag₁₀(Fe, Zn)₂Sb₄S₁₃], халькопирит—ленаит (CuFeS₂—AgFeS₂), халькозин—акантит (Cu₂S—Ag₂S), халькостибит—миаргирит (CuSbS₂—AgSbS₂) (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Изоморфизм меди и серебра в минералах близповерхностных серебряных месторождений.

Минеральные соединения данных рядов хорошо рассчитываются на стандартные формулы с отклонением ± 0,1 формульных коэффициентов от теоретических. Выявленный изоморфизм Cu и Ag осуществляется в минералах близповерхностных месторождений, характеризующихся нестабильными условиями минералообразования и резким пересыщением растворов. В этом классе месторождений возможно открытие других Cu—Ag гомологических рядов.

Конструкторско-технологическим институтом монокристаллов совместно с Институтом минералогии и петрографии ОИГГМ впервые выращены оптические качественные кристаллы двойного хлорида калия—свинца, легированного диспрозием, KPb₂Cl₂ :Dy с размерами до 40 мм. На их базе разработан эффективный элемент, предназначенный для компактных оптических усилителей световой волны 1,31 мкм (рис. 5.16, а), общепринятой в телекоммуникационных волоконно-оптических сетях.

Рис. 5.16. Спектры поглощения кристаллов KPb₂C₁₅ : Dy (а) и Zn GeP₂ (б).

Институтом оптического мониторинга разработаны высоковоспроизводимая (до 50%) технология выращивания монокристаллов ZnGeP₂ и технология отжига, обеспечивающая контролируемые оптические свойства кристаллов (коэффициент поглощения менее 0,1 см^–1) в диапазоне длин волн 3—8 мкм (рис. 5.16, б), что существенно повысило эффективность преобразователей частоты ИК-диапазона на их основе, предназначенных для систем дистанционного зондирования атмосферы.

Новая технология выращивания крупногабаритных кристаллов BaF₂—30%LaF₂ оптического качества, пригодных для использования в калориметрах, разработана в Институте геохимии ОИГГ.

Рис. 5.17. Изотермы сорбции меди на брусите (1) и цеолитах Холинского (2), Чайконайского (3), Радденского (4) месторождений.

В Институте горного дела впервые обнаружены аномально высокие сорбционные свойства природного минерала класса гидроокислов — брусита Mg(OH)₂ , сорбционная емкость которого в десятки раз выше известных сорбентов, в частности, цеолитов (рис. 5.17), что открывает перспективы его применения в технологиях водообработки и извлечения ионов многих металлов. Изучено влияние концентрации растворов и крупности сорбентов на их сорбционные показатели. Установлено, что высокие сорбционные свойства брусита проявляются по отношению к ряду других металлов, так максимальные значения сорбции цинка составили 600—700 мг/г, марганца 115 мг/г, алюминия — 250 мг/г.

В оглавление

Далее