СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЩЕЛОЧНЫХ И ТОЛЕИТОВЫХ БАЗАЛЬТОВ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ (БАССЕЙН Р.КОТУЙ

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЩЕЛОЧНЫХ И ТОЛЕИТОВЫХ БАЗАЛЬТОВ СИБИРСКОЙ
ПЛАТФОРМЫ (БАССЕЙН Р.КОТУЙ)
Геншафт Ю.С.а , Ладыгин В.М.б,Фролова Ю.В.б, Баженова Г.Н.б
а
б
Объединенный институт физики Земли РАН
Геологический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
e-mail: skalka@geol.msu.ru
COMPARISON OF PETRPHYSICAL PROPERTIES OF ALKALINE AND
THOLEIITIC BASALTS OF SIBERIN PLATE (BASIN OF KOTUY RIVER)
Genshaft Yu.S. a, Ladygin V.M.b, Frolova J.V. b , Bazhenova G.N. b
a
United Institute of Physics of the Earth RAS
b
Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geology
e-mail: skalka@geol.msu.ru
The paper considers the particularities of the structure of two different series:
Kogotokskaya Series, composed of tholeiitic basalts and Arydzhanskaya Series,
composed of alkaline basalts, distributed in the north of the Siberian Plate. The
data by petrography and petrophysics of basalts are analyzed and compared.
На самом севере Сибирской платформы, в Маймеча-Котуйской
провинции, на толеитовых базальтах коготокской свиты (T1kg), залегают
необычные щелочные ультраосновные базальты, слагающие так
называемую арыджангскую свиту (T1ar). Если толеитовые базальты
являются наиболее характерными для всей платформы, то авгититы,
лимбургиты,
меллелиты
(T1ar),
являются
довольно
редкими
разновидностями базальтов. Толеитовые базальты хорошо изучены
(особенно в Норильском районе), в то время как для щелочных базальтов
данные о петрофизических свойствах полностью отсутствуют.
Образцы были отобраны во время полевых работ в 2002 г. из береговых
обрывов р. Котуй. Базальты арыджангской свиты опробованы из сплошного
разреза, состоящего из 28 потоков, из коготокской свиты - 17 потоков.
Отбирались как массивные, так и их миндалекаменные разности.
Арыджангская свита входит в состав пикрит-меланефелинитовой
формации, которая распространена в виде узкой полосы по северной
кромке Среднесибирского плоскогорья. Она представлена потоками
оливиновых и нефелиновых мелилитов, авгититов, лимбургитов, пикритов,
маймечитов и их туфов, общей мощностью 250-300 м. Породы свиты
принадлежат к типу бесполевошпатовых щелочных базальтоидов (с
содержанием SiO2 менее 44 %, с большим количеством MgO, Fe2O3 ) и
различаются по содержанию и количественным соотношением оливина,
моноклинного пироксена (авгит, титан-авгит), нефелина, мелилита и
вулканического стекла. Для пород этой свиты характерно большое
количество (до 80%) криптозернистого и микрозернистого стекла, нацело
замещенного вторичными минералами. Вкрапленники в количестве от 10 до
30% представлены авгитом (титан-авгитом), в меньшем количестве
оливином и нефелином. В мелилитовых разностях во вкрапленниках
встречается мелилит. Клинопироксен вкрапленников достигает в размере 1
-2 мм и в виде мелких кристаллов (0.1 – 0.2 мм) входит в основную массу
пород. Оливин практически не встречается в основной массе. Рудные
минералы (титаномагнетит, магнетит) представлены зернами разного
размера и очертаний – от 0.2 до 0.01 мм в виде мелких пылевидных
выделений в основной массе.
Породы
арыджангской
свиты
практически
все
являются
миндалекаменными, в связи с чем, они обладали высокой проницаемостью
для глубинных флюидов и в результате этого они очень сильно изменены.
Миндалины размером от 1 до 3-4 см выполнены кальцитом разного
строения и цеолитами. Нефелин во вкрапленниках и в основной массе
обычно замещен цеолитами, канкринитом, натролитом и пр. Оливин, как
правило, замещен иддингситом, серпентином, яркозеленым селадонитом,
рудными минералами, хлоритом и пр. Слабо измененный клинопипроксен
вкрапленников
располагается
в
полностью
переработанном
мелкокристаллическом (до 0,05мм) мезостазисе.
Породы арыджангской свиты переходят вверх по разрезу в толеитовые
базальты коготокской свиты. Они хорошо обнажены ниже по реке в виде 17
потоков, и по составу аналогичны базальтам сыверминской свиты
сибирских траппов [Геншафт и др., 2008].
Вулканиты коготокской свиты довольно однообразны по своему
минеральному и химическому составу. Они представлены в нижних частях
разреза массивными породами с порфировидной, пойкилоофитовой и
интерсертальной структурой, чередующимися с микродиабазовыми
разновидностями, содержащими в основной массе мелкие кристаллы
клинопироксена и плагиоклаза размером не более 0.2 мм. Вкрапленники
представлены плагиоклазом размером от 0.5 до 4 мм, часто образующим
гломеропорфировые сростки, почти всегда светлые или слабоизмененные.
Количество плагиоклаза достигает 40%. Клинопироксен вкрапленников в
количестве до 30% имеет размеры 0.2-0.7 мм. Изредка встречается оливин
размером до 2 мм, всегда замещенный вторичными минералами. В
базальтах коготокской свиты определены оба ферромагнитных минерала –
титаномагнетит и гемоильменит. Общее количество рудных минералов
достигает 20%. Основная масса пород составляет 10-15%. Верхние части
потоков мелкопористые, миндалины распределены неравномерно.
Количество миндалин достигает 40%, их размер от 0.02 до 30 мм. Обычно
они заполнены кальцитом, цеолитами и хлоритом. Породы подвержены
вторичными преобразованиями – плагиоклазы соссюритизированы,
пироксены замещены хлоритом, стекло девитрифицировано. В целом
базальты коготокской свиты изменены в меньшей степени, нежели
арынжанской.
Формирование базальтов потоков обоих свит заметно отличается друг
от друга:
1. В потоках арыджангской свиты отсутствует явно выраженная
миндалекаменная зона. Миндалины распределены по всей мощности
потока. В коготокской свите миндалекаменная зона определяется
достаточно четко.
2. Породы этих свит резко отличаются своим минеральным составом.
Базальты коготокской свиты сложены традиционным набором минералов плагиоклазы (преобладают), клинопироксены, вулканическое стекло ( в
пределах до 20-30%). В базальтах арыджангской свиты, в отличие от
коготокской, совершенно отсутствуют плагиоклазы, а главную роль играют
клинопироксены, оливины и миллилиты и большое количество
вулканического стекла в различных сочетаниях. Составы одинаковых
минералов также довольно значительно отличаются. В титаномагнетитах
коготокской свиты содержание TiO2 от 22 до 30 мас.%, в то время как в
феррошпинелях пород арыджангской свиты содержание TiO2, как правило,
более низкое и изменяется в меньшую сторону, вплоть до магнетита.
В породах арыджангской свиты обычно присутствие рутила, сфена,
перовскита и обогащение феррошпинели редкими и малыми элементами
(оксидами Al, Mg, Cr, Co, Ni, Zn, Sc, Hf) при уменьшении в твердом
растворе ульвошпинели. Отчетливо проявлены процессы наложенной
карбонатизации и сфенизации пород. В титаномагнетитах пород
коготокской свиты содержания MnO, V2O5 в целом выше, чем в подобных
минералах пород арыджангской свиты .
3. Базальты обоих свит значительно различаются своими структурами
основной массы. Если для арыджангской свиты характерными являются
витрофировая, гиалопилитовая, реже интерсертальная структура, то для
базальтов коготокской - пойкилоофитовая, микродолеритовая. Т.е. в
принципе они отличаются количеством вулканического стекла - наиболее
важного компонента эффузивных пород. Стекло играет важную роль для
характеристики петрофизических свойств, как для свежих пород, так и в
дальнейшей жизни базальтов, т.к. оно первым подвергается вторичными
преобразованиями, легко разрушаясь и замещаясь вторичными
минералами. Все это довольно хорошо прослеживается петрофизическими
свойствами.
4. Базальты обеих свит подверглись значительным вторичным
преобразованиям, под влиянием низкоградного метаморфизма. Особенно
сильно изменены базальты арыджангской свиты, благодаря своей
повышенной проницаемости.
Петрофизические свойства базальтов.
Как показали исследования, свойства эффузивов двух рассматриваемых
свит значительно отличаются: плотность (о) - 2.71-2.8 г/см3, плотность
твердой фазы (м) - 2.91 и 3.13 г/см3, общая пористость (П) -6.8 и 10.5 %,
открытая пористость (По) - 2.5 и 6 %, водопоглощение (W) -0.96 и 2.41 %,
гигроскопическая влажность (Wg) - 1.6 и 0.91 %, скорость продольных волн
(Vp) – 5,0 и 4.5 км/с, магнитная восприимчивость () - 0.5 и 3.8*10-3 ед. СИ,
соответственно, для базальтов коготокской и арынджанской свит.
Приведены усредненные значения для базальтов двух свит. Они несколько
различаются для миндалекаменных и массивных разностей (таблица №1).
Необходимо отметить, что миндалекаменные и массивные разности
базальтов арыджанской свиты отбирались выборочно, из различных частей
потоков, по всей его мощности.
Значительные изменения в свойствах, вызваны прежде всего различиями
в первичном составе расплава, из которого кристаллизовались эффузивы,
что сразу же отразилось на величине плотности твердой фазы.
Таблица №1
Петрофизические свойства эффузивов
Свита
Арыджангская
Коготокская
Порода
миндал.
массивн.
миндал.
массивн.
ρ
г/см3
2,7
2,86
2,61
2,78
ρs
г/см3
3,13
3,13
2,9
2,93
П
%
13,7
8,8
9.5
5.3
По
%
9,2
4,9
3,5
1,2
W
%
3,5
1,8
1,4
0,50
Wг
%
1,3
1,1
1,8
1,50
Vp
км/с
4
4,8
4,6
5,20
Vs

км/с
2,5
2,85
2.6
2.95
10-3
ед.СИ
137
103
17,5
12,9
Эта величина для эффузивов арыджанской свиты не отличается для
массивных и миндалекаменных разностей, что указывает на то, что в потоке
не произошло дифференциации вещества. В то же время разница в
плотности для массивных и миндалекаменных разностей этих двух свит
практически одинакова. И в тех и в других эффузивах открытой
макропористости не наблюдается. По внешнему виду это массивные
разности, у которых, тем не менее, пористость довольно значительна. Такая
микропористость образуется при вторичных преобразованиях пород, в
процессе замещения первичных минералов вторичными, большей частью
глинистыми и серпентином. На это указывает значительная величина
гигроскопической влажности, превыщающая 1%. За счет микропористости
и наличия большого количества вторичных минералов мала и величина
скорости продольных волн. Вторичные изменения, как отмечалось выше, в
большей степени коснулись эффузивов арыджанской свиты, что и привело
к значительному снижению величины Vp. Вторичные преобразования
привели к значительным преобразованиям титаномагнетита в магнетит,
особенно в базальтах арыджанской свиты, что вызвало повышенные
значения магнитной восприимчивости, причем надо отметить, что
миндалекаменные разности и в той и другой свитах имеют повышенные
значения. Корреляционные взаимосвязи между пористостью и другими
характеристиками пород (водопоглощение, скорость поперечных волн,
гигроскопическая влажность и др.) заметно различны для обеих свит.
Таким образом, как показали исследования, различия петрофизических
свойств, с одной стороны, обусловлены исходным минеральным составом, а
с другой – различиями во вторичных изменениях, затронувших первичные
минералы и поровое пространство.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты 05-0700118-а и 05-08-00374-а).
Литература
Геншафт Ю.С., Тихонов Л.В., Ладыгин В.М., Спиридонов Э.М.,
Салтыковский А.Я. Феррошпинели и петромагнетизм сибирских
траппов: исследование траппов норильской глубокой скважины //Физика
Земли. 2008. № 2. С. 158-174.