Отражение разломных зон и трубок взрыва Среднего Тимана в геофизических полях

Выделение разломных зон на местности имеет существенное практическое значение для определения границ распространения связанных с ними землетрясений, рудопроявле-ний, месторождений углеводородов и т. д. Для большинства регионов выделение разломов прямыми методами невозможно из-за слабой обнаженности коренных пород. Поэтому для их изучения на первое место выходят геофизические методы. Несомненно, наиболее надежными являются сейсмические методы, однако не всегда удается получить материалы хорошего качества, они дорогостоящие и в основном направлены на поиски углеводородов. Данные магнито-, электро-, гравиразведки позволяют картировать разломные зоны, они более доступны в производстве, но ограничены по природе метода. Наиболее эффективно при картировании ком-плексирование методов.

Эманационная съемка традиционно считается методом, позволяющим выявлять разломы, скрытые под наносами, но проницаемые в настоящее время для подземных газов. Бо лее того, интенсивность концентрации радона в почвенном воздухе иногда напрямую связывают со степенью современной геодинамической активности разрывного нарушения [6].

Согласно современным представлениям тектонофизики, разлом у поверхности земли редко представлен лишь узкой полосой. Как правило, это достаточно широкая зона проявления парагенетически связанных разрывных нарушений, обрамленная по периферии участками повышенной трещиноватости. Ее внутреннее строение определяется степенью тектоничес- кой активности, стадией развития, размерами и морфогенетическим типом разлома [2].

В связи с этим актуальным является изучение разломных зон в поле радона, т. к. радон наиболее эффективен ввиду достаточно большого времени распада [5]. Такие работы в последнее время активно проводят в Прибайкалье, по их результатам сделан вывод о четком проявлении активных разломов в полях газовых эманаций.

Объекты и методы исследований

Тиманская гряда — надпорядковая структура, которая вытянута в северо-западном направлении и составлена серией кулисообразных горстообразных поднятий, разделенных грабенообразными впадинами. Её длина с полуостровом Канин достигает 1100 км при ширине 150 км [8].

Исследования проводились на территории Среднего Тимана, в южной части Четласского (ЧП) и северной части Вольско-Вымского (ВВП) поднятий.

В геологическом строении исследуемых территорий принимают участие образования, формирующие три структурных этажа: кристаллический фундамент, верхнепротерозойский промежуточный этаж и фанерозой-ский платформенный чехол. Верхнепротерозойские и палеозойские породы почти повсеместно перекрыты четвертичными отложениями.

Объектами исследования являлись изометричные и линейно-вытянутые локальные магнитные аномалии в пределах Четласского и Вольско-Вымского поднятий.

За основу районирования магнитного поля была взята карта 1:25000 масштаба, где были выбраны магнитные аномалии для дальнейшего детального изучения по таким качественным характеристикам, как градиент, форма, размеры, знак, интенсивность и ориентировка аномалий (рис. 1, 2). В ходе работы нами применялись магнитометрическая и экспрессная эманационная радоновая съемки.

Разломные зоны выделяются по характеру магнитного поля, которое базируется на различии магнитных свойств пород в зонах либо разломов, либо крупных блоков в фундаменте, контактирующих по разлому.

Для выделения разломных зон нами использовались следующие критерии:

• —    высокие градиенты магнитного поля;

• —    резкие ограничения, торцевые сочленения аномалий различных ориентировок;

• —    пересечение аномалий различных простираний, смещение линейных аномалий в плане, резкие изгибы изолиний;

• —    цепочки узких линейных аномалий, прослеживающиеся в одном направлении.

Для проведения магнитометрических измерений использовался про

Рис. 1. Карта аномального магнитного поля Вольско-Вымской гряды масштаба 1:25000.

Во врезках: а — карта аномального магнитного поля Умбинской трубки масштаба 1:5000; б — схема пунктов наблюдения объемной активности радона Умбинской трубки.

1 — изолинии положительных значений магнитного поля; 2 — изолинии отрицательных значений магнитного поля; 3 — изолинии нулевых значений магнитного поля; 4 — пункты наблюдения объемной активности радона; 5 — разломы: Вольско-Вымская гряда: СР — Сред-ненский, СНР — Синеручейский, УБ — Умбинский, ВД — Водораздельный; Четласское поднятие: ВЗ — Визингский, КС — Косьюский, ВК — Ворыквинский, ЧТ — Четласский, ЦТ — Центрально-Тиманский

Fig. 1. The map ofthe anomalous magnetic field ofthe Wolsk-Vym ridge scale 1:25000. Inset: a — The map of the anomalous magnetic field of the Umba pipe scale of 1: 5000, б — the diagram ofthe observation points ofthe radon volume activity of the Umba pipe.

Legend: 1 — isolines of positive values of the magnetic field, 2 — isolines ofnegative values of the magnetic field, 3 — isolines of zero values of the magnetic field, 4 — observation points of the radon volume activity, 5 — faults:-Wolsk-Vym range: СР — Srednensky, СНР — Sinerucheysky, УМ — Umba, ВД — Vodorazdelny; Chetlassky lifting: ВЗ — Vizingsky, КС — Kosyusky, ВР — Vorykvinsky, ЧТ — Chetlassky, ЦТ — Central Timan

тонный магнитометр типа МИНИМАГ, предназначенный для измерения модуля геомагнитного поля (АТ) при выполнении наземных магниторазведочных работ при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Методика исследований предусматривала проведение детальных профильных маршрутов пешими ходами с одновременным измерением вариаций магнитного поля. Пешеходные маршруты выполнялись по прямоугольной сети с различными по деталь-

Рис. 2. Карта аномального магнитного поля Четласского поднятия масштаба 1:25000.

Условные обозначения см. рис. 1

Fig. 2. The map of the anomalous magnetic field of the Chetlassky lifting the scale of 1: 25.000. Inset — the map ofthe magnetic field ofthe Kosyusky section scale of 1: 5000. Legend see. Fig. 1

ности участками, а также по отдельным профилям. Шаг измерений составлял 25, 50 и 100 м [3].

Радоновая съемка проводилась при помощи радиометра РРА-01М-01 c чувствительностью не менее 1.2-10-4 м3/(c Бк) и 30-процентным пределом допускаемой относительной погрешности. Совместно с радиометром использовалось пробоотборочное устройство ПОУ-04. Для каждого измерения очищалась площадка земли размерами 30x30 см и проводилось бурение скважин глубиной 50 см. Время одного замера составляло от 40 до 60 минут. В случае невозможности бурения скважины измерения выполнялись с поверхности земли.

Результаты исследований и обсуждение

Магнитометрические исследования На первом этапе нами выполнялось районирование территории на основе карты масштаба 1:25 000, полученной в результате аэромагнитной съемки [4, 9].

В ходе исследований нами были выделены на Вольско-Вымском под нятии Средненский, Водораздельный и Синеручейский разломы (рис. 1), а на Четласском поднятии — Ворык-винский, Косьюский, Визингский, Четласский и Центрально-Тиманс-кий разломы (рис. 2).

Разломы Волъско-Вымской гряды имеют северо-западное простирание, морфологически классифицируются как взбросо-надвиги [9].

Синеручейский разлом в магнитном поле выделяется по зоне высоких градиентов, где интенсивность магнитного поля достигает 40 нТл. По сравнению с другими разломами он наиболее хорошо изучен в геологическом отношении, так как выходит на дневную поверхность [9]. В плане это нарушение в пределах исследуемой территории представляет собой зону от 100 до 1000 м.

Водоразделъный и Средненский разломы находятся в центральной части района исследований. Водораздельный разлом прослеживается по резкой смене характера магнитного поля, где интенсивность аномалий изменяется от —10 до 40 нТл, а ширина — от 300 до 700 м. Средненский разлом выде ляется по узкой цепочке линейно-вытянутых локальных положительных магнитных аномалий с интенсивностью до 30 нТл. Ширина зоны варьирует от 300 до 600 м.

В пределах Четласского поднятия в магнитном поле по непрерывной цепочке линейно вытянутых аномалий отчетливо выделяются Визингский, Косъюский и Ворыквин-ский разломы, которые имеют субмеридиональное простирание. Интенсивность аномалий составляет до 30 нТл. Ширина зон имеет размеры 100—250 м.

Централъно-Тиманский разлом располагается в северо-восточной части района исследовании, прослеживается по достаточно широкой зоне положительных аномалий магнитного поля северо-западного направления, ширина которых изменяется от 300 м на севере до 1000 м на юге. Интенсивность аномалий в пределах разлома изменяется от 15 до 50 нТл.

Четласский разлом выделяется на фоне отрицательных значений магнитного поля узкой прерывистой цепочкой аномалий, шириной 100— 300 м, интенсивностью 5—10 нТл и имеет северо-западное направление.

Магнитное поле исследуемых территорий также характеризуется наличием изометричных аномалий, которые располагаются как группами, так и по отдельности, интенсивностью 5—50 нТл и диаметром 150— 450 м. В северной части Вольско-Вымской гряды по изометричным магнитным аномалиям ранее были выделены и изучены три кимберлитовые трубки: Умбинская, Водораздельная, Средненская.

В пределах выделенных трубок нами была проведена магнитометрическая съемка масштаба 1:5000 с целью локализации объектов на местности. По полученным данным была построена карта аномального магнитного поля (рис. 1, а). Диаметр аномалии составляет 450 м. От центра к периферии интенсивность магнитного поля уменьшается от 150 до —70 нТл. В магнитном поле отчетливо видно плавное очертание контура тела на юго-западе, более резкий градиент на севере и северо-востоке. При сопоставлении карты аэрогеофизической съемки магнитного поля масштаба 1:10000 и наземной магнитометрической съемки масштаба 1:5000 отмечается хорошая сходимость контуров изолиний аномалии.

Умбинская трубка взрыва представляет собой вертикальное или крутопадающее (85°) на юго-запад трубообразное тело. Сложена она в основном массивными оливиновыми кимберлитами, которые прорывают сланцевые толщи верхнего протерозоя. Перекрывается породами верхнего девона и четвертичными отложениями общей мощностью 72—82 м. Породы девона представлены алевролитами, аргиллитами и песчаниками, а четвертичные отложения — суглинками, грубозернистым материалом известняков, кремней и сланцев. Встречаются линзы песков и галечников (рис. 3) [1].

Водораздельная и Средненская трубки взрыва расположены к востоку от Средненского глубинного разлома. Склонение трубок крутое (85°) на юг или юго-запад. Оба тела сложены кимберлитовой туфобрекчией, прорывают породы лунвожской свиты верхнего протерозоя, которые представлены сланцами с прослоями кварцитов, перекрыты четвертичными суглинками мощностью 1—5 м (рис. 3) [1].

Радиометрические исследования

Задача наших исследований заключалась в проведении экспрессной эманационной радоновой съемки в пределах Среднего Тимана, выявле нии закономерностей пространственных вариаций объемной активности радона и оценке активности разломных зон и отдельных локальных магнитных аномалий.

Так как трубки состоят преимущественно из сильно раздробленных и трещиноватых пород, они являются каналом для выхода на поверхность глубинных газов. В связи с этим появляется возможность выполнения эманационной радоновой съемки, поскольку радон наиболее эффективен ввиду достаточно большого времени распада. На территории Умбин-ской трубки нами была проведена радоновая съемка масштаба 1:20000. Измерения радоновой активности проводились по профилям север—юг, запад—восток. Наблюдения повторялись в течение трех дней. По полученным данным были построены графики изменения объемной активности радона (ОАР) по профилям и составлена схема изолиний распространения поля радона по площади (рис. 4, 5; см. таблицу). По профилю запад—восток значения ОАР плавно увеличиваются от 64 Бк/м3 до максимального значения, затем снижаются до 146 Бк/м3. Значения ОАР профиля север—юг резко изменяются от 69 Бк/м3 сначала до 419 Бк/м3, после опускаются до 69 Бк/м3. На графиках и схеме отмечается зона повышения ОАР с максимальным значением 419 Бк/м3. Форма радоновой аномалии имеет линейно-изометричную форму. Смещение центральной части радоновой аномалии относительно магнитной происходит на северо-восток на 100 м и приурочено к наиболее градиентной зоне. Это объясняется наклоном трубочного тела и связывается с различной степенью раздробленности пород.

На участках Водораздельной и Средненской трубок измерения ОАР осуществлялись также по профилям север—юг, запад—восток. Максимальное значение ОАР в центре Водораздельной трубки составляет 1153 Бк/м3, а в центре Средненской — 547 Бк/м3. Небольшое смещение радоновых аномалий по отношению к магнитным также отмечается по направлению северо-восток. Повышенные значения радоновой активности Водораздельной и Средненской трубок в сравнении с Умбинской объясняются тем, что они перекрыты только четвертичными отложениями, тогда как Умбинская трубка перекрыта породами верхнего девона и четвертичными суглинками.

Учитывая тот факт, что трубки взрыва отчетливо проявляются в поле радона, мы сочли актуальным иссле-

Рис. 3. Схематический геологический разрез Умбинского кимберлитового поля (Айбабин Н. А. и др., 1982 г.):

1 — четвертичные отложения, 2 — отложения верхнего девона D3(ps-kn)p 3 — кора выветривания, 4 — отложения верхнего протерозоя PR2lv, 5 — отложения эксплозивной фации (туфобрекчии), 6 — кимберлиты субинтрузивной фации (массивные микролитовые), 7 — кимберлиты субвулканической фации (массивные безмикролитовые); контуры кимберлитовых тел: 8 — выявленные, 9 — предполагаемые.

Fig. 3. A schematic geological section of the Umba kimberlite field (Aybabin N.A. et al., 1982).

Legend: 1 — Quaternary deposits, 2 — Upper Devonian deposits D₃ (ps-kn) 1 3 —weathering crust, 4 — Upper Proterozoic deposits PR2lv, 5 — deposits of explosive facies (tuff breccia), 6 — kimberlites of subintrusive facies (massive microlitic), 7 — kimberlites of subvolcanic facies (massive unmicrolitic); contours of kimberlite bodies: 8 — identified, 9 — alleged

Рис. 4. Графики объемной активности радона через Умбинскую кимберлитовую трубку: А — направление запад-восток, В — направление юг—север

Fig. 4. Graphs of the radon volume activity across the Umba pipe: А — the direction west— east, В — direction south—north

Рис. 5. Схема распространения поля радона в пределах Умбинской кимберлитовой трубки.

ласском поднятии. Интересным является факт группового расположения аномалий.

Разломные зоны также характеризуются наличием повышенного фона радона, который прослеживается в пределах Синеручейского, Во-рыквинского, Визингского, Четлас-ского и Центрально-Тиманского разломов, где значения ОАР находятся в диапазоне 256—1019 Бк/м3 со скважины. С поверхности земли на территории этих же разломов также наблюдается повышенный фон радона (58— 745 Бк/м3).

Заключение

В ходе магнитометрических исследований нами были выделены, а также подтверждены на Вольско-Вымском поднятии Средненский, Водораздельный и Синеручейский разломы, а на Четласском поднятии — Ворыквинский, Косьюский, Визинг-ский, Четласский и Центрально-Ти-манский разломы.

По результатам экспрессной эманационной съемки радона разломные зоны на территории южной части Чет-ласского поднятия и северной части Вольско-Вымской гряды характеризуются повышенными значениями ОАР. Следует отметить активность отдельных разломных зон или отдельных участков разломных зон.

Умбинская, Водораздельная и Средненская кимберлитовые трубки также характеризуются повышенными значениями ОАР, что может являться дополнительным поисковым критерием. С учетом этого радоновой съемкой были отработаны 26 локальных магнитных аномалий, 5 из которых представляют интерес для дальнейшего изучения. Кроме того, полученные результаты указывают на возможность применения радоновой съемки для выделения и картирования разломных зон, оценки степени их тектонической активности.

Работа выполнена при поддержке программы фундаментальных исследований УрО РАН № 15-18-5-11.

Fig. 5. The scheme of the radon field distribution довать схожие изометричные аномалии. На исследуемой территории нами были выбраны как отдельные, так и групповые локальные магнитные аномалии, исходя из формы, интенсивности, знака, а также местонахождения.

Магнитные аномалии на севере Вольско-Вымской гряды, находящи еся вблизи Синеручейского разлома, соответствуют аномально высоким значениям радоновой концентрации (1241—1587 Бк/м3).

Повышенные значения ОАР, находящиеся в интервале от 360— 640 Бк/м3, зафиксированы в центральной части района работ на Чет-