Тектоно-металлогеническая модель Земной коры Металлогения

Металлогения - одна из областей геологии, в которой процессы и результаты самоорганизации геологической среды проявляются убедительно и наглядно.
Применение идей и принципов синергетики даёт не только теоретический, но и практический эффект. Это связанно с особенностями металлогенических процессов и систем.

В общем виде перераспределение элементов в геологической среде происходит по одной схеме: переход элемента в подвижное состояние (область мобилизации V1) → перемещение → переход элемента в неподвижное состояние (область отложения V2).
Эту систему можно охарактеризовать набором перераспределяемых элементов (Еj), объемами зон мобилизации и отложения, массой перераспределяемых
2
элементов mj, степенью выноса из зоны отложения , где - начальная масса элемента j в V1, уровнем накопления элементов в зоне отложения коэффициентом рудоносности, показывающим долю от mj , концентрированную в виде рудных скоплений. Считается, что в среднем коэффициент рудоносности 0.1.

Распределение минеральных ресурсов в ходе эволюции Земли.

Полигональная делимость континентов
«Поля и межи» О.Ю.Кратца и В.А.Дедеева формируют искаженно-шестиугольные ячейки фундамента Русской платформы

Напомним, как определяется фрактальная размерность
Изображение плотно покрывается клеточками все меньшего и меньшего размера (вплоть до 1 пикселя) и подсчитывается число «непустых» клеточек.
Если это число изменяется по степенному закону N ~ r -D,
то наклон билогарифмической зависимости log N(r) = f(r)
и покажет фрактальную размерность кластера.

Параметры развивающейся перколяционной сети определяются контурами континентальных (сиалических) структур
Совершенно очевидно, что перколяционная кластеризация литосферы, сохраняя структуру заполняемого собой тектонического пространства, постепенно укрупняла ячейки.
Стало быть, связная структура становилась более разреженной.
Это и понятно: этой структуре незачем формировать новые сети перколяции при наличии уже развитой.
Перколяционный кластер архейской литосферы входил в более молодую перколяционную структуру, в которой многие ранние элементы отмирали.
Остовы же нового перколяционного кластера очерчивали все более крупные ячейки

Соотношение между перколяционным кластером (слева) и его остовом
Остов кластера, отвечающий за связность, контролирует и землетрясения, и вещественную неоднородность

Во все времена перколяционная структура литосферы обеспечивала ее структурно-вещественное разнообразие, формирование сиалической коры, рудных поясов и провинций,

Железистые кварциты - это концентрированная геология докембрия.
Их пояса фиксируют перколяционную сеть эндогенной энергетической разгрузки.

В самом деле, архейские тектонические комплексы - продукт кооперативной динамики. Они не что иное, как своеобразный аналог структур Бенара. А это отменяет традиционное понимание процессов структурирования по принципу пассивного накопления деформаций, также как и основанный на нем, транспортный эффект образования железорудных м-ний.
Основным структурообразующим мотивом в районах развития железистых кварцитов является сочетание овальных блоков тоналитов с полосчатыми железорудными комплексами.

Анализируя фактические данные, можно придти к выводу, что самая древняя перколяционная зона архей-кайнозой имеет прямое отношение к динамике железорудного процесса.
Железорудные пояса – продукт дифференциации протовещества Земли, протекавшего под действием эндогенного энергопотока. Реализовался он по синергетическому сценарию. По мере формирования новых структурных этажей, каждая очередная железорудная формация накладывалась на другую.

Действительно, при сопоставлении обнаруживается, что все железорудные м-ния Балтийского щита располагаются вдоль трансформных разломов древней перколяционной сети.
При этом в строении м-ний бросается в глаза разномасштабное себеподобие, фрактальность. Так, Кольско-Норвежский мегаблок имеет форму падающей капли. Он включает в себя 12 м-ний железистых кварцитов, того же каплевидного очертания.

В плане линзы железистых кварцитов всегда криволинейны и группируются в компактные зоны субсогластного простирания.
Рудный район, поле, м-ние, отдельная залежь или её фрагмент образуют подобный структурный линзовидный узор всё более меньшего размера, зависящего только от масштаба исследования. Основной структурный рисунок рудных проявлений не усложняют и не нарушают ортогональные дизьюнктивы, что не соответствует существующим представлениям о секущем характере поперечных разломов.

Как выглядят реальные геологические перколяционные кластеры?...
Кировогорское месторождение
железистых кварцитов

Синергетический подход в геологическом прогнозе касается не только железорудных м-ний. Общность принципов самоорганизации позволяет распространить его и на металлогению др. эл-тов.
Практически то же самое можно сказать о формировании бескорневых золоторудных м-ний. Высвобождение самородного золота из вулканогенно-осадочных пород по той же перколяционной сети и режиму с обострением.
Нелинейная геология лишь идет дальше, вводя достижения новейшей физики и математики в геологическое познание.

Последовательный детальный анализ главных элементов строения и состава архейско-протерозойских комплексов выявил другую их фундаментальную особенность – соответствие структуры и состава слагающих образований. В строении продуктивной толщи на различных масштабных уровнях систематически повторяется одна и та же зональность.
Вокруг каждой линзы железистых кварцитов последовательно выделяют: 1. лептиты, 2. биотитовые гнейсы, 3. роговообманковые гнейсы, 4. амфиболиты и 5. тоналиты.

При этом чем мельче тела кварцитов, тем больше меланократовых пород и меньше мощность рудоносной толщи.
Все линзы имеют форму падающей капли; их утолщенная часть в разрезе ориентирована вверх по восстанию.
С глубиной размер линз уменьшается и гломера – рассыпается. Отсутствуют признаки будинажа.

Образование описанного ансамбля связано с эндогенным энергопотоком , который:
1.по планетарной перколяционной сети достигал высоких горизонтов;
2.формировал метаморфогенный облик пород;
3. по мере ослабления образовывал по более мелкоячеистой сети – дайки и жилы.

Система рифтов Земли - остов перколяционной структуры литосферы
Рифты, островные дуги, орогенные пояса – это не генетически разные части тектоносферы. Иерархичность, фрактальный характер всей этой сети говорит о том, что мы имеем дело с субсистемой.
Иными словами - это единая геодинамическая конструкция : литосферный кластер эндогенной перколяции

Переход стадии от рифта («юная» океаническая кора) через стадию островной дуги к орогену («дряхлая», переходная к континентальной, кора) - «цикл Вильсона» в свете перколяционной геодинамики.
Классический цикл Вильсона предусматривает зарождение океанического ложа на первой стадии, его заполнение осадками на второй и замыкание («сжатие») на третьей.
Перколяционная модель предусматривает развитие всех трех стадий на фоне глобального расширения и процессов «зарастания» перколяционного канала осадками и магматитами, что в конце концов вызывает в нем возникновение ударных тектонических возмущений (солитонные выбросы, землетрясения,и, наконец, складчатость, метаморфизм)

Ведущие металлогенисты
Ю. А. Билибин, В. И. Смирнов, П. Рутье, А. Митчелл, М. Гарсон, Г. Тишендорф, П.Лаффит, П.Лазничка, А. Д. Щеглов, Л. Бауман, Г. А. Твалчрелидзе, В. Н. Козеренко, Р. X. Силитое и другие.
Варианты металлогенических построений: блоковый, линеаментный, стереометаллогенический, нелинейный и ротационный.

Линеаментная металлогения
Ведущая роль принадлежит глубинным разломам (И.Н. Томсон, М.А. Фаворская, Я. Кутина, Е. Дрисколь и др.)

Типы структурного каркаса металлогенических карт.
По И.Н. Томсону и др.
Масштаб
Основные типы рудоносных площадей
Структурные элементы
Линейные
изометричные
1 : 5000000,
1 : 2000000
Металлогенические провинции и пояса
Системы линеаментов (ширина 100-200 км, длина тысячи километров)
Глобальные мегаконцентрические структуры
1 : 1000000,
1 : 500000
Металлогенические зоны
Зоны линеаментов (ширина 10-20км, длина сотни километров)
Мега- и мезаконцентрические структуры
1 : 200000,
1 : 50000
Рудные районы и рудные узлы
Элементарные линеаменты (ширина 5 км, длина десятки километров)
Секториальные блоки сводов, очаговые структуры, узлы пересечения линеаментов

Стереометаллогения
Глубины залегания геофизических границ – Конрада и Мохоровичича. Л.Н. Овчинников. Для Урала он установил уровень расположения месторождений от поверхности до базальтового слоя для:
хромитовых полей - 17,2 км, титаномагнетитовых- 16,5 км,
колчеданных -13,5 и т.д.

Нелинейная металлогения
(А.Д. Щеглов и И.Н. Говоров)
Обосновывается глубинный мантийный источник минерального вещества и условия формирования независимые от процессов, протекающих в земной коре.
Это режимы: геосинклинальный, орогенный, активизационный и субдукционный.

Ротационная тектоника и металлогения.
Ли Сыгуан разработал ротационный механизм деформаций, представленный винтообразной системой осей скалывающих и нормальный напряжений.
Виды ротационных структур: 1) вихревые, 2) типа «S», 3) типа «эта» «ι», 4) типа эпсилон ψ.

Поле напряжений

Рудное поле Шакси

Современное строение земной коры является результатом длительных эволюционных процессов развития Земли и её оболочек.
Наблюдаемые ныне разномасштабные геологические структуры сложены гетерогенным агломератом минеральных комплексов, существенно различающимся в глобальных геотектонических ансамблях, слагающих различные территории земного шара.

Земная кора состоит из трех типов областей с резко отличающимися уровнями энергии тектонических и металлогенических процессов:
Первый тип - Мировой океан. Низкая магматическая дифференциация мантийного вещества, низкая эндогенная металлогеническая продуктивность. Молодой Mz-Kz возраст. Истощенная, лишенная аномальных концентраций рудных элементов мантия. Отсутствуют месторождения Sn, Mo, W, Hg, Sb, U, Pb, алмазов.

Второй тип. Широко развиты тектоно-магматические процессы докембрия. Мантия была богата рудными элементами. Формировались сидерофильные мест-ния; пегматиты с мусковитом, Ве, Cu-Ni руды с платиноидами; Cu, Pb, Zn.
Третий тип. Масштабная дифференциация магматических формаций. Широкое развитие всех типов структур земной коры: архейских кратонов, эпикратонных впадин, Prt подвижных поясов, областей протоактивизации, каледонид, герцинид, мезозоид, альпид, кайнозоид и максимально проявленная фанерозойская тектоно-магматическая активизация.

К настоящему времени сложилась картина строения земной коры, когда литосферные плиты состоят из фрагментов, образовавщиеся в различные периоды эволюции Земли. Назовем их глобальными металлогеническими мегаблоками. Подобный анализ впервые был вполнен В.Н.Козеренко, который предложил выделять в пределах континентальной земной коры две категории блоковых структур: Глобальные мегаблоки (суперансамбли) и 2. Мегаблоки первого порядка.

Условные обозначения
Фрагменты Гондваны: Глобальные мобильные
(глобальные мегаблоки)
металлогенические пояса:
1. Южно-Американский
2. Африканский; 7. Средиземноморско-
-Центрально-Азиатский
(Тетис )
3. Индостано-Мадагаскаро- 8. Андийско-Кордильерский Западно-Австралийский; 9. Азиатско-Австралийский
Фрагменты Лавразии: 10-11. Северо-Антарктический
(Глобальные мегаблоки) Центрально-Антарктический,
4. Американо-Гренландский; нерасчлененные.
5. Европейский;
6. Сибирский;
Глобальные мегаблоки и пояса разделяются
на мегаблоки первого
порядка ,региональные
провинции и субпровинции

Схема райнирования Восточноевропейско-Баренцевской мегапровинции на единицы трансрегионального (область, провинция) и региональого (мегазона, субпровинция) уровня (По Г.С. Гусеву, Н.В. Межеловскому и др., 2008)
БЩ – область Балтийского щита. Мегазоны: БЩ I – Кольско-Норвежская, БЩ II – Кольско-Карельская, БЩ III – Карельская, БЩ IV – Свекофенская, БЩ V – Старорусско-Южнофинляндская. ВЕ – Восточно-Европейская провинция. Субпровинции: ВЕ I – Нарва-Онежская, ВЕ II – Архангельско-Мезенская, ВЕ III – Московская, ВЕ IV – Белорусская, ВЕ V – Волго-Уральская, ВЕ VI – Воронежская, ВЕ VII – Прикаспийская, ВЕ VIII – Приднепрово-Донецкая, ВЕ IX – Южно-Предуральская, ВЕ X – Балтийская.
СВ – Свальбардская провинция. Субпровинции: СВ I – Западно-Баренцевская, СВ II – Восточно-Баренцевская, СВ III – Франца-Иосифа, СВ IV – Приновоземельская.
КР – Карская провинция. Субпровинции: КР I – Западно-Карская, КР II – Восточно-Карская.
ПБ – Печора-Баренцевоморская провинция. Субпровинции: ПБ I – Тимано-Печорская, ПБ II – Канин-Колгуевская, ПБ III – Прикольская, ПБ IV – Печора-Коротаихинская.

Планетарные мобильные металлогенические пояса:
7. Средиземноморско-Центрально-Азиатский (Тетис ) (48-48) и Урало-Монголо- Охотский (26-28-83)
8. Андийско (55)-Кордильерский (73)
9. Азиатско-Австралийский (> 100)
10-11. Северо-Антарктический и
Центрально- Антарктический,
нерасчлененные.

7. Средиземноморско-Центрально-Азиатский(Тетис )) и Урало-Монголо- Охотский Данный планетарный пояс – наиболее рудонасыщенный на нашей планете. Он зародился в среднем палеозое и активно развивался до N-Q времени. Выделяется два мегаэтапа: Pz2- Mz3 и N-Q. C первым связано образование
Урало-Монголо- Охотского планетарного пояса. В его пределах проявилась позднекаледонская, герцинская и раннекимерийская складчатость. Возникла основная масса рудных провинций Западной Европы, Урала и Северного Казахстана. В этих провинциях сформировалось около 140 уникальных месторождений и рудных полей.

Тетис Евразийский металлогенический пояс

Металлогенические зоны Средиземноморского мегапояса контролируются:
1. Окраинно-морским типом литосферы
2. Наличием срединных массивов Pz возраста
3. Андезито-дацитовым магматизмом
4. Микроплюмами, создающими микроконвективные рудоносные системы.
5. Концентрическими и линейными типами
рудоносных структур

Металлогения океана
Согласно фундаментальным исследованиям
С.И. Андреев и И.С. Грамберга установлено
1.>J2(170 млн.л.) –новый этап – возникла Мировая
Талассогенная (морская )система ( базитовый вулкано -плутонический импульс) –океанический тип коры
2. Три мегастадии:
1. Мезозойская ( 50 млн.л.-ср.юра-ниж.мел)
2. Меловая (40 млн.л.-апт-кампан)
3. Кайнозойская (80 млн.л.-Pg-N-Q)

Окраиноморскои тип земной коры
все окраинноморские бассейны имеют отчетливые глубинные вплоть до литосферных границы, совпадающие с древними, либо с современными сейсмофокальными зонами и очерчивают самостоятельные литосферные микроплиты; с внутренним глубинным устройством, принципиально отличным и от океанических, и от континентальных площадей.

Охотоморская плита является вполне самостоятельной и автономной тектонической единицей (точно так же, как таковыми являются, согласно тем же сейсмотомографическим наблюдениям, смежные с нею Япономорская и Беринговоморская)
Она включает в себя отдельные блоки континентальной коры (в том числе и Pcm консолидации) и является местом развития малоглубинных мантийных плюмов, образующих локальные рифтогенные структуры (впадины, троги).

Региональные металлогенические провинции, пояса и рудные районы сформировались в периоды однородного тектоно-магматического режима и характеризуются определенным типом магматизма, осадконакопления и рудообразования.
Это конкретные металлогенические структуры, которые изучаются всем комплексом современных прогнозно-поисковых методов (геохимических, петрологических, рудноформационных и др.) с целью оценки их минерально-сырьевого потенциала.