CC BY
57
Сравнительные характеристики упругих свойств образцов горных пород по разрезу финской скважины Оутукумпу
0.М. Тришина, Ф.Ф. Горбацевич, М.В. Ковалевский
Геологический институт Кольского научного центра РАН, Апатиты
Аннотация. На образцах, отобранных по разрезу исследовательской скважины (предельная глубина 2516 м), пройденной вблизи полиметалльного месторождения Оутокумпу (Финляндия), определены петрофизические свойства с применением акустополяризационного метода. Получено, что разрез слагают средне- и сильноанизотропные породы с проявлением эффекта линейной анизотропии поглощения. В средней части разреза отмечаются резкие вариации направления действия палеосил, что, вероятно, связано с сдвижением отдельных пластин пород в процессах палеогеодинамики.
Abstract. Petrophysical properties have been determined on the samples from the research borehole section (2516 m maximum depth) drilled near the Outokumpu polymetallic deposit (Finland). The acoustopolarization method was used for this purpose. It has been established that the section is composed of medium and strongly anisotropic rocks displaying a linear anisotropic absorption effect. In the middle part of the section one can observe sharp variations in palaeoforces direction, that are likely to be related to shift of individual rock plates in the process of palaeogeodynamics.
1. Введение
В январе 2005 г. в Финляндии (г. Оутокумпу) было закончено бурение исследовательской скважины, которая достигла глубины 2516 м. Скважина заложена в юго-восточной части Финляндии около отработанного полиметаллического месторождения с тем же наименованием. План геологической структуры совместно с местоположением скважины представлен на рис. 1 (Huhma, 1975). Сейсмические построения позволяли предположить, что основные породы разреза могут быть представлены слюдистыми и черными сланцами. На глубине 1.2-1.3 км расположена граница, разделяющая породы протерозойского возраста от архейского фундамента. В интервале 1.4-1.9 км предполагалось наличие метаморфических пород. Финская геологическая служба, по инициативе которой осуществлен проект бурения глубокой скважины Оутокумпу, обратилась в Геологический институт КНЦ РАН с предложением принять участие в изучении свойств, состава и структуры образцов и пород из вскрытого скважиной геологического массива.
2. Описание пород
Реальный разрез показал, что в верхней части скважины, примерно до глубины 1310 м, вскрыты слюдистые сланцы с редкими прослоями биотитовых гнейсов (Горбацевич и др., 2006). Интервал 13101515 м сложен перемежающимися слоями черных сланцев, биотитовых гнейсов, серпентинитов и диопсид-тремолитовых скарнов. Ниже 1515 м залегают слюдистые сланцы с редкими слоями черных сланцев и жилами кварца. Начиная с глубины 1655 м слюдистые сланцы перемежаются, в основном, слоями биотитовых гнейсов и телами пегматоидных гранитов. Тела пегматоидных гранитов, гранат-биотитовых гнейсов и биотит-силлиманитовых сланцев слагают нижнюю часть вскрытого разреза до достигнутой глубины 2516 м.
Из образцов керна были сделаны шлифы. Примеры микрофотографий структур пород разреза скважины приведены на рис. 2. На основе анализа шлифов была составлена петрографическая характеристика минерального состава пород (табл. 1). Данная работа была выполнена к.г.-м.н. В.Р. Ветриным.
Ниже приводится петрографическое описание некоторых основных типов пород разреза. Биотитовый сланец с графитом (шлиф ODB-247_45) содержит минералы: кварц, плагиоклаз, биотит с незначительным количеством графита. Структура лепидобластовая, бластопсаммитовая,
Рис. 1. План геологической структуры и местоположение исследовательской скважины Оутокумпу
ilDB-Ii80
мелкозернистая, преобладающий
минерал ортоклаз. Ориентация зерен в шлифе слабонаправленная.
Гранат-биотит-хлоритовый сланец с графитом (шлиф 0ББ-351_90) в основном состоит из ортоклаза, плагиоклаза и биотита. Присутствует небольшое количество граната, хлорита и графита. Структура породы мелкозернистая, лепидобластовая и бластопсаммитовая. Для этого шлифа характерны удлиненные формы зерен.
Биотит-сланцевая порода с графитом (шлиф ОББ-391_70) состоит из ортоклаза, плагиоклаза и биотита. Также присутствует незначительное количество графита. Структура шлифа лепидобластовая, бластопсаммитовая и мелкозернистая.
Биотит-силлиманитовый сланец с графитом (шлиф ОББ-450_55). В нем главным породообразующим минералом является биотит, его зерна достигают размеров до 2-5 мм. Одним из основных минералов в данной породе является плагиоклаз. Ортоклаз, мусковит и графит представлены незначительно, структура породы бластогранитная, крупнозернистая.
Биотит-сланцевая порода с графитом (шлиф ОББ-506_10) представлена основными минералами - плагиоклазом, ортоклазом и биотитом. Графит присутствует в незначительном количестве. Форма кристаллов в шлифе удлиненная, слабонаправленная, структура породы лепидобластовая, бластопсаммитовая и мелкозернистая.
Гранат-биотитовый сланец с графитом (шлиф 0ББ-900_25). В данной породе главными породообразующими минералами являются биотит, ортоклаз и плагиоклаз. Небольшое процентное содержание составляет гранат и графит. Структура - лепидобластовая, бластопсаммитовая и мелкозернистая.
Таблица 1. Петрографическая характеристика пород из керна скважины Оутокумпу
Рис. 2. Фото шлифов основных пород из разреза скважины Оутокумпу
№№ шлифов Глубина, м Главные минералы, содержание, (%) Акцессорные и вторичные минералы Структура Порода
ODB-247 45 247.45 Qtz (60), Pl (20), Bt (20), графит (1-3) Ap, Zr, рудный Лепидобластовая, бластопсаммитовая Биотитовый сланец с графитом
ODB-351_90 351.90 Qtz (30), Pl (30), Bt (20), Ort (5), Chl (10), графит (1-3) Ap, Zr, рудн. Лепидобластовая, бластопсаммитовая Гранат-биотит-хлоритовый сланец с графитом
ODB-391 70 391.70 Qtz (35), Pl (35-37), Bt (30), графит (3-5) Ap, Zr, Chl Лепидобластовая, бластопсаммитовая Биотитовый сланец с графитом
ODB-450_55 450.55 Qtz (10), Pl (30), Bt (50), Ms (1-3), графит (1-3), Sill (10). В зернах Pl - простые двойники, Bt - красно-бурый, крупность зерен 2-5 мм Ap, Zr Бластогранитная Биотит-силлиманито-вый сланец с графитом
ODB-506_10 506.10 Qtz (30), Pl (40), Bt (30), графит (1-2). Pl серицитизирован, Bt -красно-бурый Ap, Zr, Chl Лепидобластовая, бластопсаммитовая Биотитовый сланец с графитом
ODB-900 25 900.25 Qtz (30), Pl (25), Bt (40), Grt (1-3), графит (1) Zr, Ap, Chl (по Bi) Лепидобластовая, бластопсаммитовая Гранат-биотитовый сланец с графитом
ODB-1488_65 1488.65 Di (50), Trem (20), клиноцоизит (20), рудный (10) Аллотриоморфная, порфировидная Диопсид- тремолитовая порода
ODB-1893_80 1893.80 Qtz (30), Pl (55), Ms (5), Mc (10) Grt, Bt Гипидиоморфно-зернистая Мусковитовый пегматоидный гранит с гранатом
Примечание: Qtz - кварц, Pl - плагиоклаз, Ms - мусковит, Mc - микроклин, Ort - гранат, Bt - биотит, Sill -силлиманит, Ap - апатит, Zr - циркон, Chl - хлорит, рудн. - рудный минерал.
Структура диопсид-тремолитовой породы (шлиф ОБВ-1488_65) является аллотриоморфозернистой, порфировидной и крупнозернистой. Главный минерал представлен диопсидом. В группу других минералов входят тремолит и клиноцоизит.
Мусковитовый пегматоидный гранит с гранатом (шлиф ОБВ-1893_80) содержит в основном плагиоклаз и ортоклаз. Она представлена гипидиоморфнозернистой структурой.
3. Методика
На первом этапе петрофизических определений измерили плотность и упругие характеристики образцов при атмосферном давлении и комнатной температуре, табл. 2 (Горбацевич, 1995). Объемную плотность образцов определяли методом Архимеда. Для измерений упругих характеристик использовался акустополяризационный метод и ультразвуковой прибор акустополярископ (Горбацевич, 2002). Этот метод позволяет установить число и направленность проекций элементов упругой симметрии в образце. Все образцы скважины Оутокумпу были изготовлены в форме куба с гранями 25-31 мм. Методика определений предполагает проведение измерений на трех плоскостях куба, в направлениях 1-1', 2-2' и 3-3'. Направление 3-3' было ориентировано вдоль оси скважины, два остальных направления (1-1' и 2-2*) выбирали произвольно (рис. 3).
При измерениях образец помещали на поворотную платформу между излучателем и приемником чисто поперечных линейно-поляризованных колебаний. Измерения амплитуды проходящих колебаний проводили через 1° в пределах угла поворота 360° (Ковалевский, 2003). Согласно методике, на первом этапе измерения выполняются при параллельных векторах поляризации излучателя и приемника колебаний (положение ВП). На втором этапе векторы поляризации преобразователей устанавливаются под прямым углом (положение ВС).
Результатом измерений являются акустополяриграммы ВП и ВС - круговые диаграммы изменения амплитуды огибающей импульса в пределах полного угла поворота поворотной платформы. По акустополяриграммам ВП определяется наличие и степень проявления эффекта линейной акустической анизотропии поглощения (ЛААП) (Горбацевич, 1995). Акустополяриграммы, полученные в положении ВС, позволяют определить число и направленность проекций элементов упругой симметрии анизотропного образца, выявить наличие явления деполяризации сдвиговых волн (ДСВ) (Горбацевич, 1998). По полученным акустополяриграммам определяли ориентировку элементов симметрии, а также величину углов проекций элементов симметрии тп1 и тп2 (рис. 3, табл. 2).
На следующем этапе было произведено определение степени проявления эффекта линейной анизотропии поглощения (ЛААП) Б и рассчитаны показатели упругой анизотропии пород АР, В8 (табл. 2). Определение скорости распространения продольных Ур и поперечных V волн производили путем прозвучивания при помощи ультразвукового прибора УД2-12.
Значения скорости распространения продольных и поперечных колебаний представлены в форме квазиматрицы скоростей Уу, табл. 2 (Горбацевич, 1995):
Уи У 12 У13
Ъг У22 У23, (1)
У31 У32 У33
где У11, У22, У33 - скорости распространения продольных колебаний, измеренные в направлениях 1-1', 2-2' и 3-3', соответственно, У12 -скорость распространения сдвиговых колебаний, измеренная в направлении 1-1' при ориентировке вектора поляризации излучателя в направлении 2-2'; У13 - то же в направлении 1-1' при ориентировке вектора поляризации излучателя в направлении 3-3'. Аналогично обозначены величины У21, У23, У31, У32.
Величины показателя упругой анизотропии В определены из величин скоростей Уу по следующим формулам (Горбацевич, 2002):
В = (В12 + В22 + В32)05, (2)
где
В1 = 2(У12 - У13)/(У12 + У13), В2 = 2(У21 - У23)/(У21 + У23), В3 = 2(У31 - У32)/(У31 + У32) - коэффициенты двулучепреломления по граням 1, 2 и 3.
Коэффициент анизотропии по продольным волнам Ар рассчитан как среднее квадратичное отклонение величин Уу в квазиматрице (1) (Горбацевич, 2002):
Рис. 3. Форма образца и его
индексация для акусто-поляризационных измерений
Таблица 2. Упругие и неупругие свойства образцов пород по разрезу финской скважины Оутокумпу
Номер образца Наименование породы Глубина отбора H, м Плотность Матрица скорости Vj, км/с Показатель анизотропии Показатель ЛААП D1, Углы проекций элементов симметрии
P, г/см3 AP Bs D2, D3 тn1, град. тn2, град.
ODB- Биотитовый 5.96 3.68 3.30 0.05 81 173
247_45 сланец с графитом 247.45 2.70 3.66 6.35 3.32 3.37 3.28 5.41 0.113 0.150 0.07 0.05 53 82 141 174
ODB- Гранат-биотит- 6.29 3.82 3.99 0.07 12 104
351_90 хлоритовый сланец с графитом 351.90 2.75 3.63 5.85 3.69 3.48 3.29 4.87 0.182 0.075 0.11 0.5 88 4 177 93
ODB- Биотитовый 5.45 3.47 3.11 0.08 60 153
391_70 сланец с графитом 391.70 2.70 3.69 6.06 3.25 3.22 3.28 5.00 0.136 0.170 0.05 0.08 24 84 114 176
ODB- Биотит- 5.47 3.65 3.69 0.45 22 116
450_55 силлиманитовый сланец с графитом 450.55 2.78 3.70 6.34 2.68 2.82 2.90 4.15 0.293 0.321 0.09 0.26 19 20 103 108
ODB- Биотитовый 6.34 3.77 3.08 0.2 82 173
506_10 сланец с графитом 506.10 2.64 3.72 6.02 3.12 3.19 3.17 5.45 0.108 0.266 0.15 0.06 5 78 99 158
ODB- Гранат- 5.05 3.51 2.39 0.22 88 179
900_25 биотитовый сланец с графитом 900.25 2.72 3.48 5.54 2.44 2.83 2.46 2.53 0.522 0.534 0.09 0.46 78 13 169 98
ODB- Диопсид- 4.85 3.19 2.94 0.11 30 128
1488_65 тремолитовая порода 1488.65 3.26 3.14 5.38 2.95 3.06 3.10 4.79 0.091 0.103 0.21 0.23 7 18 110 99
ODB- Мусковитовый 5.09 3.12 3.18 0.02 14 112
1893_80 пегматоидный гранит с гранатом 1893.80 2.62 2.99 5.05 3.16 3.07 3.08 4.65 0.070 0.060 0.71 0.25 44 66 125 162
Ар = [(V„ - Vp)2 + (V22 - Vp)2 + (V33 - Vp)2]05 / Vp, (3)
где Vcp = (V11 + V22 + V33)/3 - средняя скорость распространения продольных волн в образце.
Эффект линейной акустической анизотропии поглощения рассчитывался по формуле:
D = (Aid - А^)/(Аи + Asd), (4)
где Ald - наибольший, Asd - наименьший диаметры акустополяриграммы ВП.
Определения пространственного положения проекций элементов упругой симметрии относительно граней образца (табл. 2) позволяют сделать вывод о направленности главной компоненты палеонапряжений относительно горизонтальной плоскости (в данном случае относительно грани 3). Для получения таких данных вначале на боковых гранях образца (на гранях 1 и 2) находили проекции элемента симметрии с наибольшей анизотропией. Затем определяли величины углов тп1 и тп2 между гранью 3 и выявленной проекцией элемента, рис. 3. Расчет угла ц между плоскостями упругой анизотропии и грани 3 выполняли по формуле (Горбацевич, 1995):
ц= arccos[1/(tg2Tni + tg2T2 + 1)05]. (5)
4. Обсуждение результатов
Как показал комплекс акустополяризационных определений, образец биотитового сланца с графитом ODB-247_45 (рис. 4a, табл. 2) представляет собой упруго-анизотропную среду. Это определяется наличием двух проекций элементов упругой симметрии на каждой из трех граней образца. Относительно малый размер "лепестков" акустополяриграммы ВС по сравнению с ВП, полученной в направлении 3-3', как и величины коэффициента анизотропии АР, показателя анизотропии BS указывают на малую степень упругой анизотропии. Соотношения в матрице скоростей Vp образца показывает следующее неравество: V22 > V11 > V33 (табл. 2). Такое соотношение дает возможность его симметрию отнести к орторомбической системе. По акустополяриграммам обр. ODB-247_45 можно предположить, что в формировании его структуры отразилось действие как литостатических напряжений, так и некоторая доля тектонических сил. Учитывая, что ориентация формы зерен в шлифе слабонаправленная, определение углов проекции элементов симметрии по шлифу представляется затруднительным (рис. 2).
247 45
351 90
506 10
900 25
1488 65 *
450 55
,—Л^ /СЦ
—/-1 ;
V V ■^сг
и' 1
3 -3' а)
ЕЛ/ 1
Рис. 4. Примеры акустополяриграмм образцов пород из скважины Оутокумпу.
а) 0БВ-247_45 - биотитовый сланец с графитом; Ь) 0БВ-351_90 - гранат-биотит-хлоритовый сланец с графитом; с) 0БВ-391_70 - биотитовый сланец с графитом; ф 0БВ-450_55 - биотит-силлиманитовый сланец с графитом; е) 0БВ-506_10 - биотитовый сланец с графитом; 1) 0БВ- 900_25 - гранат-биотитов^1й сланец с графитом; §) 0БВ-1488_65 - диопсид-тремолитовая порода; И) 0БВ-1893_80 - мусковитовый пегматоидный гранит с гранатом.
Образец гранат-биотит-хлоритового сланца с графитом (0БВ-351_90) представляет собой упруго-анизотропную среду. В матрице скоростей наблюдается следующее соотношение по скоростям продольных волн: У11 > У22 > У33. Как акустополяриграммы (рис. 4Ь), так и это соотношение позволяют определить тип симметрии образца как орторомбический. Относительно малый размер "лепестков" ВС относительно ВП на акустополяриграммах в направлении 1-1' указывает на сравнительно малую анизотропию в этом направлении. Форма акустополяриграммы ВП на грани 3 показывает ярко выраженное проявление эффекта ЛААП (Б3 = 0.5, рис. 4Ь, табл. 2). Коэффициенты АР и В8 указывают на высокую степень упругой анизотропии породы. Ориентация удлинений зерен, определенная по шлифу, примерно совпадает с углами проекции элементов симметрии, представленными на акустополяриграмме (рис. 2, 4Ь).
Результаты измерений образца биотитового сланца с графитом (0БВ-391_70) указывают на проявление неоднородностей и явления упругой анизотропии. Этот образец, как и предыдущий, представляет упруго-анизотропную среду с типом симметрии, близким к орторомбическому. На это указывают соотношения величин Ур в матрице скоростей У22 > Уп > У33. При этом величины характеристик АР и В8 сравнительно невелики. Данную породу можно считать слабоанизотропной, неоднородной, с незначительным проявлением эффекта ЛААП на грани 2 (рис. 4с). Ориентация удлиненных зерен в шлифе практически отсутствует, поэтому определить проекции углов элементов симметрии по шлифу не представляется возможным (рис. 2, табл. 1, 2). Отсутствие определенной ориентации зерен в известной мере объясняет отмеченную слабую упругую анизотропию.
Тип симметрии образца биотит-силлиманитового сланца с графитом (0БВ-450_55) близок к орторомбическому. Матрица скоростей имеет вид У22 > Уи > У33. Его акустополяриграммы показывают наличие высокой степени ЛААП на гранях 1, 3 (Д = 0.45, Б3 = 0.26, рис. 44 табл. 2). В направлениии 2-2' эффект ЛААП незначителен (Б2 = 0.09). Это обусловлено тем, что пластинки биотита (содержание биотита - до 60 %, табл. 1) находятся в плоскости, параллельной грани 2. Ориентировка зерен в шлифе совпадает с направлением элементов симметрии на акустополяриграммах (рис. 2, 4ф.
Образец биотитового сланца с графитом (0БВ-506_10) представляет собой упруго-анизотропную среду псевдогексагонального типа симметрии, матрица скоростей Ур которого показывает соотношение У11 > У22 > У33. Также наблюдается незначительное проявление ЛААП в направлении граней 1, 2 (Б1 = 0.2, Б2 = 0.15). Коэффициент анизотропии АР и показатель анизотропии В$ на гранях 1 и 2 указывают на среднюю степень упругой анизотропии породы (рис. 4е, табл. 2). На грани 3 получен небольшой размер лепестков акустополяриграммы ВС, что свидетельствует о слабоанизотропной среде в этом направлении. Ориентация формы зерен минералов практически совпадает с направлением проекций элементов симметрии, определенных на акустополяриграммах (рис. 2, 4е). Можно предположить, что упругая симметрия данного образца в основном была сформирована под действием однонаправленной палеосилы, действующей в направлении оси скважины.
Эффект ЛААП в образце гранат-биотитового сланца с графитом (0БВ-900_25) значительно проявлен на грани 3 (Б3 = 0.46, рис. 4: табл. 2) и практически отсутствует на грани 2. На это указывает размер "лепестков" акустополяриграмм ВП и величина показателя ЛААП (Б2 = 0.09, табл. 2). Скорее всего, это обусловлено высоким содержанием биотита и неоднородностью образца (рис. 2, табл. 1). Величины коэффициента Ар свидетельствуют о высокой степени упругой анизотропии. Из матрицы образца следует соотношение У22 > Уп > У33. Среда образца принадлежит к орторомбической симметрии. Ориентация формы зерен на шлифе совпадает с проекциями элементов симметрии.
Наряду с неоднородностями в структуре образца диопсид-тремолитовой породы (0БВ-1488_65), отчетливо проявляемыми на гранях 1, 3 (акустополяриграммы ВП), на грани 2, рис. 4g, проявлен эффект деполяризации сдвиговых (поперечных) волн (ДСВ). Впервые этот эффект был обнаружен на образцах Кольской сверхглубокой скважины (Горбацевич, 1998). При проявлении эффекта ДСВ наблюдается аномально большая амплитуда проходящих колебаний, зарегистрированных при скрещенных векторах поляризации. Проявление эффекта деполяризации сдвиговых волн можно объяснить веерным распределением ориентации кристаллоупругих элементов симметрии в минеральных зернах, слагающих породу (Горбацевич, 2002). Соотношения Ур в матрице скоростей У22 > Уи > У33 позволяют отнести среду данного образца к орторомбическому типу симметрии.
Акустополяриграммы образца мусковитового пегматоидного гранита с гранатом (ОБВ-1893_80), рис. 4И, указывают на проявление неоднородностей и упругой анизотропии в его структуре. На гранях 2, 3 проявляется эффект ДСВ. Этот образец, как и предыдущий, также представляет упруго-анизотропную среду. Соотношение величин скорости продольных колебаний: Уи = У22 > У33. Такое соотношение может свидетельствовать о поперечно-изотропном типе симметрии данных образцов. Однако анализ акустополяриграмм образца (рис. 4И, табл. 2) показывает наличие проекций элементов симметрии на всех трех гранях. В соответствии с характером акустополяриграмм данный образец относится к орторомбическому типу симметрии.
Определение проекций углов симметрии на шлифах образцов ОБВ-1488_65 и 0БВ-1893_80 не представилось возможным из-за высокой степени неоднородности, обусловленной их крупнозернистой структурой.
Полученные характеристики
анизотропии пород для всех отобранных по скважине образцов позволили построить графики зависимости угла у (рис. 5а) и коэффициента анизотропии АР, показателя Б8 от глубины Н (рис. 5Ь). На рис. 5Ь также приведена зависимость плотности р от глубины.
На рис. 5а можно отметить, что начиная от земной поверхности угол у находится в пределах 70-90°. Резкое изменение углов у регистрируется с глубины ~1350 м. Довольно одинаковые величины углов у наблюдаются в интервале глубин 941330 м. На глубинах 1330-1360 м происходит резкое снижение величин углов у. На этих глубинах в разрезе скважины залегают
Рис. 5. Распределение углов упругой симметрии пород ¥ (а), характеристик анизотропии Ар и В¡. и плотности р (Ь) по разрезу скважины Оутокумпу
серпентиниты, серпентиниты с тальком, диопсид-тремолитовые скарны, перемежающиеся с биотитовыми сланцами. Далее вниз по разрезу преобладают биотитовые сланцы с прослоями черных сланцев и пегматировых гранитов, а угол у снова приобретает величины, близкие к 70-90°. В нижней части скважины (1890-2300 м) величина у изменяется от 40 до 90°.
Как было ранее отмечено (Горбацевич и др., 2005), упругая анизотропия пород отражает интенсивность действия сил в течение палеогеодинамических процессов. Согласно данным рис. 5Ь, основная часть пород по разрезу скважины является сильноанизотропной. Причем степень анизотропии, измеренная по продольным волнам (АР), в целом соответствует степени анизотропии по поперечным волнам (Бх). В интервале от 200 м до глубины ~ 800 м породы проявляют среднюю степень упругой анизотропии. Пиковое значение этой характеристики отмечено на глубине около 900 м. Другое пиковое значение показателей упругой анизотропии наблюдается на глубине ~ 1460 м. В нижней части разреза скважины, начиная с глубины 1760 м, отмечается чередование слабоанизотропных участков с сильноанизотропными.
Во всем диапазоне глубин по скважине плотность пород в образцах по разрезу скважины в основном находится в пределах от 2.62 до 2.75 г/см3. На глубинах от 1320 м до 1490 м залегают породы, плотность которых выше средней. Например, на глубине 1488 м в диопсид-тремолитовом скарне измеренная величина плотности равна 3.26 г/см3. Такое повышение этой характеристики связано с содержанием рудных минералов (10 %).
Согласно выполненным исследованиям, породы от поверхности и до глубины 2300 м в среднем являются высокоанизотропными, что отражает интенсивную палеогеодинамическую активность в этом массиве в прошлом. По всему разрезу направление главной компоненты поля палеонапряжений в целом выдерживается. Для верхней части разреза можно сделать заключение, что действовали однонаправленные субгоризонтальные палеотектонические силы. Их направление, судя по ориентации геологических структур (рис. 1), было северо-западным - юго-восточным. Наибольшие изменения этого направления отмечаются в средней части разреза (1330-1360 м). Параллельно отмечены и значительные изменения упругой анизотропии, что, вероятно связано с сдвижением и внедрением отдельных пластин пород в процессах палеогеодинамики. Ранее подобные палеогеодинамические подвижки с аналогичными изменениями упругой анизотропии вмещающих пород и, соответственно, направления действия палеосил, были зарегистрированы в интервале глубин 1.7-1.9 км разреза Кольской сверхглубокой скважины (Горбацевич и др., 2000). Поскольку наиболее анизотропные породы залегают на глубинах около 900, 1330-1360, 1460 м и в интервале 1650-2300 м, можно заключить, что наиболее значимые палеогеодинамические события в разрезе скважины Оутокумпу происходили на отмеченных глубинах.
5. Выводы
1) Сравнительный анализ элементов текстуры и структуры шлифов с соответствующими акустополяриграммами показал, что определенная текстура шлифа позволяет визуально обнаружить наличие упругой анизотропии в строении породы. Пегматоидная структура чаще всего приводит к проявлению высокой степени неоднородности в свойствах породы. Анализ строения породы при помощи акустополяризационного метода позволяет получать точные количественные характеристики ее упругих и неупругих свойств.
2) В образцах глубокой скважины Оутокумпу проявляются эффекты линейной акустической анизотропии поглощения, деполяризации сдвиговых волн. Впервые проявления этих эффектов были обнаружены в породах Кольской сверхглубокой скважины.
3) Основная часть пород по разрезу скважины является сильноанизотропной. Степень анизотропии, измеренная по продольным волнам, в целом соответствует степени анизотропии по поперечным волнам. От поверхности до глубины ~ 800 м породы проявляют среднюю степень упругой анизотропии. Пиковое значение этой характеристики отмечено на глубине около 900 м. Другое пиковое значение показателей упругой анизотропии наблюдается на глубине ~ 1460 м. В нижней части разреза скважины, начиная с глубины 1760 м, отмечается чередование слабоанизотропных участков с сильноанизотропными.
4) Верхняя часть разреза скважины Оутокумпу (94-1330 м) сложена породами, упругие свойства которых были сформированы под действием стабильного, однонаправленного субгоризонтального поля палеонапряжений. Их направление, судя по преимущественной ориентации геологических структур, было северо-западным - юго-восточным.
5) Наиболее значимые палеогеодинамические события в разрезе скважины Оутокумпу происходили на глубинах около 900, 1330-1360, 1460 м и в интервале 1650-2300 м. Вероятно, что на этих интервалах происходило сдвижение отдельных блоков пород в процессах палеогеодинамики.
6) Полученные предварительные результаты предоставляют возможность, совместно с геохронологическими данными, выполнить реконструкцию параметров региональной палеогеодинамики и анализ палеотектоники по разрезу скважины Оутокумпу.
Авторы выражают признательность и благодарность В. Р. Ветрину за составление петрографической характеристики пород. Работа выполнена по тематике гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 07-05-00100-а.
Литература
Huhma A. Precambrian rocks of the Outokumpu, Polvijarvi and Sivakkavaara map-sheet areas. Geologinen
tutkimuslaitos, Espoo, 1975. Горбацевич Ф.Ф. Акустополярископия горных пород. Апатиты, КНЦРАН, 203 с., 1995. Горбацевич Ф.Ф. Акустополярископия породообразующих минералов и кристаллических пород.
Апатиты, КНЦ РАН, 140 с., 2002. Горбацевич Ф.Ф. Явление деполяризации сдвиговых волн в анизотропных гетерогенных средах. Физика Земли, № 6, с.83-90, 1998.
Горбацевич Ф.Ф., Губерман Д.М., Головатая О.С., Смирнов Ю.П., Яковлев Ю.Н. Свойства, структура и состояние пород в разрезе Кольской сверхглубокой скважины. В кн.: Строение литосферы российской части Баренц-региона. Под ред. Н.В. Шарова, Ф.П. Митрофанова, М.Л. Вербы, К. Гиллена. Петрозаводск, Карельский научный центр РАН, с.97-130, 2005. Горбацевич Ф.Ф., Ильченко В.Л., Смирнов Ю.П. Геодинамическая обстановка в интервале 1.7-1.9 км Кольской сверхглубокой скважины. Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология, № 1, с.59-66, 2000. Горбацевич Ф.Ф., Ковалевский М.В., Тришина О.М. Особенности упругой симметрии кристаллических пород в разрезе финской скважины Оутокумпу. Минералогия во всем пространстве сего слова. Науч. ред. Ю.Л. Войтеховский, А.В. Волошин, О.Б. Дудкин. Труды III Ферсмановской научной сессии, посвященной 50-летию Кольского отделения Российского минералогического общества. Апатиты, 27-28 апреля 2006. Апатиты, Изд-во "K & M", с.154-157, 2006.
Ковалевский М.В. К вопросу о совершенствовании методики исследований упругих характеристик геоматериалов методом акустополярископии. Информ. материалы 12-й науч. конф.: Cтруктура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента. Сыктывкар, Геопринт, с.123-125, 2003.
