Петрохимическая классификация геологических формаций

Под петрофизической классификацией понимают распределение геологических объектов по классам (группам), связанным в систему и различающимся по какому-либо одному (например плотность) или ряду физических параметров (плотность, магнитная восприимчивость и др.).

Предметом петрофизической классификации могут выступать геологические объекты различного уровня организации: минералы, горные породы и геологические формации.

Петрофизическая классификация геологических формаций составлена Н.Б.Дортман. В ее основу положены значения двух физических параметров - намагниченности и плотности горных пород, входящих в состав геологической формации. О скоростях распространения упругих колебаний горных пород выделенных групп можно судить по корреляционным зависимостям между этим параметром и плотностью. Геологические формации распределены по пяти петрофизическим группам, различающимся как значениями физических параметров пород, так и условиями их образования (таблица).

Петрофизическая группа I включает геологические формации малой, низкой и средней плотности и слабой намагниченности пород. В нее входят все осадочные формации, а также часть формаций кислых магматических пород. Формирование этих пород происходило в условиях относительно низких температур и давлений, характерных для верхней части земной коры.

Среди осадочных формаций выделяются две подгруппы: слаболитифицированных и литифицированных осадочных формаций

Подгруппа слаболитифицированных формаций характеризуются малой плотностью и повышенной пористостью пород, слабо зависит от минерального состава. Такие формации типичны для чехлов молодых платформ, осадочных образований прогибов и мульд древних платформ. Например, к подгруппе формаций слаболитифицированных осадочных пород относятся песчано-глинистая, глинистая, глауконит-песчаная, угленосная буроугольная формации поверхностных отложений Западно-Сибирской плиты и Вилюйокой синеклизы (рис.1,2).

Подгруппа литифицированных осадочных формаций характеризуется низкой и средней плотностью пород. Формации литифицированных осадочных пород наиболее полно представлены в пределах Русской платформы и связаны с палеозойским этапом ее развития. Плотность пород терригенных формаций здесь преимущественно 2,3-2,4 г/см³, карбонатных - 2,55-2,6 г/см³. Более древние (нижнепалеозойские) карбонатные формации Сибирской платформы имеют более высокие плотности - 2,65-2,85 г/см³ (см. рис. 10.6).

Наибольшими плотностями соответствующих литологических разностей пород отличаются геосинклинальные отложения складчатых систем (2,5-2,85 г/см3).

Таблица Петрофизическая классификация геологических формаций

(по Н. Б. Дортман и др., 1984)

№ п/п	Петрофизическая группа	Интервалы физических параметров	Обобщенная характеристика геологических формаций	Термодинамический режим образования формаций
, г/см3	J, 10-3 А/м
Iа	Малой плотности, слабой намагниченности пород	< 1,9-2,26* (1,95-2,15)**	0-50	Формации слаболитифицировонных осадочных образований молодых платформ	Верхнекоровый приповерхностный; Р=0,1-0,2 МПа Т<100°С
Iб	Низкой и средней плотности, слабой намагниченности пород	2,15-2,8 (2,4-2,7)	0-150 (0-50)	Литифицированные осадочные формации древних платформ и складчатых областей; гранитовая и липаритовая группы формаций	Верхнекоровый глубокий; Р=0,2-0,8 МПа Т =100 700° С
II	Средней плотности и средней и повышенной намагниченности пород	2,4-2,85 (2,55-2,75)	0-4000 и более (0-1500)	Магматические и ультраметаморфические формации кислого и умеренно кислого состава	Нижнекоровый; Р=0,6-1,2 МПа Т=700-1000°С
III	Дифференцированных плотности и намагниченности пород	2,0-3,1 и более (2,60-2,95)	0-12000 и более (0-4000)	Осадочно вулканогенные, метаморфические и ультраметаморфические формации среднего и основного состава	Корово-мантийный; Р=0,1-2,0 Т= до 10000С и больше
IV	Высоких плотности и намагниченности пород	2,5-3,1 (2,75-3,1)	0-12000 и более (50-12000)	Магматические формации преимущественно основного состава	Мантийный подкоровый, Р=1,2-2,0 МПа Т>1000°С
V	Высокой плотности, слабой намагниченности	2,5-3,1 и более (2,7-3,1)	0-150 (0-50)	Магматические формации основного и ультраосновного состава, метаморфические формации основного состава	Мантийный глубиный, Р=2,0 МПа Т>1000°С

* Полный интервал.

** Наиболее часто встречающийся интервал.

 

 

Намагниченность осадочных формаций слабая, в основном не выходящая за пределы (0-50)×10^-3А/м). Наблюдается некоторая дифференциация отдельных разностей пород по вариациям предельных значений намагниченности.

В целом намагниченность формаций слаболитифицированных пород изменяется в меньших пределах, чем намагниченность литифицированных пород, а вариации предельных значений намагниченности пород складчатых областей выше, чем платформ.

Кислые и умеренно кислые интрузивные и эффузивные образования первой петрофизической группы характеризуются средней плотностью и слабой намагниченностью. В нее входят гранитовая и липаритовая формации, формация гранитов-рапакиви, а также часть гранитоидных формаций. Этими образованиями сложены крупные баталитоподобные массивы в центральных частях антиклинорных зон, протяженные вулканогенные пояса. Наиболее широко эти группы интрузивных и эффузивных формаций развиты в палеозойских и мезозойских геосинклинально-складчатых системах.

Рис. 1 - Петрошютностная карта района Вилюйской синеклизы:

БУ - буроугольная формация, КУ - каменноугольная формация

 

Рис. 2 - Схематическая петроплотностная карта части территории России

(по Н. Б. Дортман., 1981)

 

Петрофизическая группа II объединяет магматические и ультраметаморфические формации пород средней и повышенной плотности и преимущественно средней намагниченности.

Магматические породы группы представлены липарит-дацитовой и гранитоидной группами формаций. Интрузивные формации слагают преимущественно мелкие тела, реже крупные массивы, приуроченные к синклинорным зонам и зонам глубинных разломов. Эффузивными формациями сложены протяженные вулканогенные пояса Плотность пород формаций геосинклинального этапа, как правило, более высокая в сравнении с формациями орогенного этапа развития подвижных зон.

Плотность пород ультраметаморфических формаций (мигматит-гранитовый, мигматит-плагиогранитовый и чарнокит-гранитовый) - относительно выдержанная и редко выходит за пределы 2,55-2,7 г/см3. Намагниченность весьма неоднородна и зависит от длительности и глубины ультраметаморфической проработки пород. Продукты длительного метасоматического преобразования пород имеют близкие к гранитному составы и низкую намагниченность.

Петрофизическая группа III включает дифференцированные по плотности, намагниченности и составу осадочно-вулканогенные, метаморфические и ультраметаморфические формации, сформированные в широком диапазоне температур и давлений.

Осадочно-вулканогенные формации характеризуются существенным различием плотности и намагниченности терригенно-карбонатных и вулканогенных пород: глинистые, песчаниковые и карбонатные породы имеют низкую плотность и слабую намагниченность, а вулканиты среднего и основного состава - среднюю и высокую плотность и среднюю и повышенную намагниченность. Как правило, плотность формаций орогенного этапа ниже, чем геосинклинального. Метаморфизм зеленосланцевой фации в большинстве случаев уменьшает намагниченность вулканогенных образований.

Высокая дифференциация метаморфических пород по физическим параметрам является следствием различия их первичного состава и метаморфизма в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций. Можно выделить три группы формаций: а) салическую группу сланцев и гнейсов, характеризующуюся очень выдержанной плотностью (2,6-2,65 г/см³) и слабой намагниченностью; б) джеспилитовую формацию и салическофемическую группу гнейсов и сланцев, имеющих среднюю плотность пород и среднюю или повышенную намагниченность (у железистых кварцитов - очень высокая плотность и намагниченность); в) фемическую группу гнейсов и сланцев, представленную амфиболитовыми, гранатовыми, кордиеритовыми разностями и имеющую высокую плотность (2,8-2,9 г/см³), высокую намагниченность при метаморфизме в гранулитовой фации и слабую - в эклогит-гранулитовой фации.

Ультраметаморфические образования представлены габбро-чарнокитовой и диорит-чарнакитовой формациями. Они имеют в целом повышенную плотность (2,65-2,85 г/см³) и среднюю намагниченность (50-3000×10^-3 А/м) и образуют с чарнокит-гранйтовой и мигматит-гранитовой формациями II петрофизической группы непрерывный ряд ультраметаморфических формаций.

Особое место в петрофизической группе занимают гипербазитовая (серпентинизированная) и кимберлитовая формации. Дифференциация физических параметров пород этих формаций обусловлена резким отличием термодинамического режима образования пород этих формаций (мантия) от такового последующей жизни (верхняя часть земной коры). Понижение давления приводит к разуплотнению пород, разложению темноцветных силикатов с образованием магнетита. Намагниченность кимберлитовых пород изменяется в пределах (50-6000)×10^-3 А/м, плотность - 2,05-2,85 г/см³. При серпентинизации гипербазитов плотность уменьшается (2,5-3,01 г/см3), а намагниченность увеличивается (0-12000×10^-3 А/м и более).

Петрофизические группы IV и V объединяют магматические и метаморфические формаций основного и ультраосновного состава, характеризующиеся высокой плотностью, высокой (группа IV) или слабой (группа V) намагниченностью.

В петрофизическую группу IV входят магматические породы основного, реже среднего составов, щелочные ультраосновные породы (габброидные, щелочно-ультраосновная, базальтовая и андезит-базальтовая формации). Интрузивные формации характеризуются высокой и устойчивой плотностью в диапазоне 2,85-3,1 г/см³. В изменении плотности пород эффузивных формаций значительную роль играет пористость (s=2,55-2,95 г/см³). Намагниченность чаще всего высокая, различная для разновидностей пород формаций.

Формации IV петрофизической группы приурочены к эвгеосинклинальным зонам подвижных поясов (габброидные, базальтовая и андезит-базальтовая формации), образуются в посторогенный (габбро-сиенитовая, щелочно-ультраосновная формации) и платформенный (базит-долеритовая трапповая формация) этапы развития регионов.

В V петрофизическую группу входят анартозитовая (s= 2,75-2,85 г/см³), пикрит-порфиритовая (2,85-3,00 г/см³), эклогитовая (>3,1 г/см³) формации и габбро-гипербазитовая группа формаций (2,9-3,1 г/см³ и более). Намагниченность в пределах 0-50×10^-3 А/м и лишь у габбро-гиперба-зитовых формаций может достигать 150×10^-3 А/м Петрофизические особенности пород объясняются глубинными условиями их образования.

Петрофизическая классификация геологических формаций, описанная в этом разделе, из-за большого разнообразия горных пород в каждой формации и перекрытия интервалов значений плотности и намагниченности носит ориентирующий характер. Однако в привязке к любому конкретному региону она становится значительно более определенной и существенно помогает решать разнообразные задачи геологического картирования.