Крупнейшие аномалии электропроводности мира

На основі виданих і нових експериментальних даних проаналізовано геоелектричні параметри, будову та геолого-тектонічну позицію найінтенсивніших аномалій електропровідності, виявлених на різних континентах планети Земля. Розглянуто критерії поділу аномалій на флюїдні та електронно-провідні, а також...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Жамалетдинов, А.А., Кулик, С.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2012
Назва видання:	Геофизический журнал
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97830
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Крупнейшие аномалии электропроводности мира / А.А. Жамалетдинов, С.Н. Кулик // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 22-39. — Бібліогр.: 61 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-97830
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-978302016-04-05T03:01:13Z Крупнейшие аномалии электропроводности мира Жамалетдинов, А.А. Кулик, С.Н. На основі виданих і нових експериментальних даних проаналізовано геоелектричні параметри, будову та геолого-тектонічну позицію найінтенсивніших аномалій електропровідності, виявлених на різних континентах планети Земля. Розглянуто критерії поділу аномалій на флюїдні та електронно-провідні, а також їх зв’язок з корисними копалинами. On the background of published and new experimental data the geoelectric parameters, the structure and geologic-tectonic position of a number of the largest anomalies of electrical conductivity found on different continents of the planet Earth are analysed. Criteria of division of anomalies into fluid and electronically conducting ones are analysed and their relation with mineral deposits is considered. На основе опубликованных и новых экспериментальных данных проанализированы геоэлектрические параметры, строение и геолого-тектоническая позиция крупнейших аномалий электропроводности, обна-руженных на разных континентах планеты Земля. Проанализированы критерии разделения аномалий на флюидные и электронно-проводящие и рассмотрена их связь с полезными ископаемыми. 2012 Article Крупнейшие аномалии электропроводности мира / А.А. Жамалетдинов, С.Н. Кулик // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 22-39. — Бібліогр.: 61 назв. — рос. 0203-3100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97830 550.834 ru Геофизический журнал Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	На основі виданих і нових експериментальних даних проаналізовано геоелектричні параметри, будову та геолого-тектонічну позицію найінтенсивніших аномалій електропровідності, виявлених на різних континентах планети Земля. Розглянуто критерії поділу аномалій на флюїдні та електронно-провідні, а також їх зв’язок з корисними копалинами.
format	Article
author	Жамалетдинов, А.А. Кулик, С.Н.
spellingShingle	Жамалетдинов, А.А. Кулик, С.Н. Крупнейшие аномалии электропроводности мира Геофизический журнал
author_facet	Жамалетдинов, А.А. Кулик, С.Н.
author_sort	Жамалетдинов, А.А.
title	Крупнейшие аномалии электропроводности мира
title_short	Крупнейшие аномалии электропроводности мира
title_full	Крупнейшие аномалии электропроводности мира
title_fullStr	Крупнейшие аномалии электропроводности мира
title_full_unstemmed	Крупнейшие аномалии электропроводности мира
title_sort	крупнейшие аномалии электропроводности мира
publisher	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97830
citation_txt	Крупнейшие аномалии электропроводности мира / А.А. Жамалетдинов, С.Н. Кулик // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 22-39. — Бібліогр.: 61 назв. — рос.
series	Геофизический журнал
work_keys_str_mv	AT žamaletdinovaa krupnejšieanomaliiélektroprovodnostimira AT kuliksn krupnejšieanomaliiélektroprovodnostimira
first_indexed	2025-07-07T05:36:56Z
last_indexed	2025-07-07T05:36:56Z
_version_	1836965290595844096
fulltext	А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 22 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 Введение. Важным результатом электро- магнитных зондирований, полученным на разных континентах, является обнаружение протяженных зон и поясов повышенной и высокой электропроводности в земной коре и верхней мантии. Они проявляются в виде так называемых промежуточных проводящих слоев. Это свойство земной коры имеет плане- тарный масштаб распространения. Глубины залегания аномально проводящих объек- тов, определяемые по данным формальной (одномерной) интерпретации, изменяются от единиц до многих десятков километров. Их экранирующее влияние существенно огра- ничивает возможности изучения электро- проводности более глубоких горизонтов Земли. В то же время сами аномалии электро- проводности представляют интерес как объ- ект специального исследования при решении задач фундаментальной и прикладной геоло- гии. Они указывают на особые условия физи- ческого состояния и геодинамического раз- вития соответствующих блоков литосферы. Коренная проблема интерпретации глубин- ных зондирований — решение вопроса о при- роде коровых аномалий электропроводности, поскольку этим, прежде всего, определяется их роль в изучении геологического строения и состава глубинных областей Земли. В настоящее время по вопросу о природе глубинных проводников в литосфере рас- сматриваются две основные концепции — УДК 550.834 Крупнейшие аномалии электропроводности мира © А. А. Жамалетдинов1,2, С. Н. Кулик 3, 2012 1Геологический институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия 2Санкт-Петербургский филиал ИЗМИРАН, Санкт-Петербург, Россия 3Институт геофизики НАН Украины, Киев, Украина Поступила 7 мая 2012 г. Представлено членом редколлегии Т. К. Бурахович На основі виданих і нових експериментальних даних проаналізовано геоелектричні пара- метри, будову та геолого-тектонічну позицію найінтенсивніших аномалій електропровіднос- ті, виявлених на різних континентах планети Земля. Розглянуто критерії поділу аномалій на флюїдні та електронно-провідні, а також їх зв’язок з корисними копалинами. On the background of published and new experimental data the geoelectric parameters, the structure and geologic-tectonic position of a number of the largest anomalies of electrical con- ductivity found on different continents of the planet Earth are analysed. Criteria of division of anomalies into fluid and electronically conducting ones are analysed and their relation with min- eral deposits is considered. электронно-проводящая и флюидная. Авторы данной работы всегда придерживались раз- ных взглядов. Первый автор развивал и раз- вивает электронно-проводящую концепцию, второй автор — флюидную концепцию с гео- динамическими приложениями. Это не меша- ло нам поддерживать многолетнюю дружбу, основанную не только на человеческих сим- патиях, но и на общих научных интересах. Много лет мы с Сережей Куликом (извините за приватный стиль) собирались написать со- вместную статью об аномалиях электропро- водности, но постоянные текущие дела меша- ли объединить усилия. Сейчас, когда Сергея не стало, я пытаюсь восполнить этот пробел и показать сходство и различие наших взгля- дов. Необходимо заметить, что большая часть крупных аномалий электропроводности нахо- дится на глубинах, недоступных для проверки бурением. Поэтому вопрос о природе таких аномалий решается на уровне гипотетиче- ских воззрений, опирающихся на те или иные косвенные признаки и на интуицию исследо- вателя. В качестве основных косвенных при- знаков привлекаются данные комплексной геофизики (сейсмогравимагниторазведки), геолого-тектонические схемы и связь анома- лий с теми или иными предполагаемыми гео- динамическими процессами. Настоящая статья состоит из трех разде- лов. В первом разделе выполнен общий обзор крупнейших аномалий электропроводности КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 23 мира по отдельным континентам, во втором — более детальное рассмотрение особенностей проявления аномалий электропроводности в разных геолого-тектонических условиях на примере структур России, Украины и приле- гающих территорий. Третий раздел посвящен дискуссии о природе проводящих образова- ний в литосфере. 1. Краткий обзор крупнейших аномалий электропроводности мира по отдельным кон тинентам Протяженные, вытянутые на тысячи ки- лометров региональные и межрегиональные аномалии высокой электропроводности обна- ружены на всех континентах Земли. Они мо- гут быть результатом ранних или новейших тектонических процессов, границами кон- тинентальных блоков, ареалами проявления древнейшей жизни на Земле или многих дру- гих видов проявления геологической деятель- ности [Жамалетдинов, Семенов, 1984; Kulik, 2004]. Вот примеры некоторых наиболее зна- чительных геоэлектрических структур. Американский континент. Наиболее яркое проявление геоэлектрической неоднороднос- ти Земли — Северо-Американская аномалия высокой электропроводности, располо женная в районе Великих (Центральных) равнин [Camfield, Gough, 1977; Jones et al., 1990]. Эта гео электрическая аномалия установлена по измерениям геомагнитных вариаций в диа- пазоне бухтообразных колебаний. Она протя- гивается с востока на запад от бухты Хадсона в Канаде [Gupta et al., 1985], далее изгибается на юг и выходит на территорию Соединенных Штатов. Аномалия прослежена по длине более чем на 2000 км (1 на рис. 1). Ее природа оконча- тельно не установлена. В работе [Gupta et al., 1985] считается, что природа аномалии может быть связана с минерализованными водными растворами, проникающими по зонам разло- мов либо с процессами десерпентинизации мафических горных пород океанической коры. Одна из гипотез гласит, что это могут быть графитистые сланцы [Stanley, 1989]. В работе А. Джонса [Jones, Savage, 1986] анома- лия названа «величайшей и самой загадочной структурой континентального масштаба, об- наруженной в результате электромагнитных индукционных исследований». Она протяги- вается от юго-восточной части штата Вайоминг по северной границе Канадского щита вдоль регионального геологического разлома, где изучена в районе оз. Невольничье [Schmucker, Рис. 1. Крупнейшие аномалии электропроводности мира: 1 — Северо-Американская; 2 — Биттеррут-Каскадные горы; 3 — Сьерра-Невада; 4 — Северо-Гренландская; 5 — Андская; 6 — Кенийская, 7 — Флиндерса; 8 — Юго-Западного Квинсленда; 9 — Карпентария; 10 — Новая Гвинея; 11 — Трансгималайская; 12 — Уральская; 13 — Южно-Тянь- Шаньская; 14 — Альпийско-Паннонская; 15 — Карпатская; 16 — Кировоградская; 17 — Пиренейская; 18 — Ладожско- Ботническая; 19 — Полмак-Печенга-Имандра-Варзуга. А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 24 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 1970; Camfield, Gough, 1977]. Есть предполо- жение, что аномалия уходит далее на восток, в бассейн Гудзонова залива. Она лежит внутри области, которая выделяется в работе [Handa, Camfield, 1984] как протерозойский массив. П. Кемфилдем и Д. Гафом [1977] высказано предположение, что аномалия электропровод- ности в земной коре Великих равнин марки- рует границу протерозойской плиты. В конце 1960-х годов в западной части США было установлено аномальное поведение го- ризонтальной (широтной) и вертикальной компонент переменного геомагнитного поля на периодах 32,5, 50, 60 и 89 мин по резуль- татам магнитовариационных исследований [Porath et al., 1970; Porath, 1971]. Несколько позднее в восточной и центральной частях Великого бассейна и в районе плато Колорадо были измерены три профиля магнитотеллу- рических зондирований. По этим данным, к западу от описанной выше аномалии Великих равнин, установлена интенсивная аномалия электропроводности (2 на рис. 1), прослежи- ваемая вдоль хребтов Биттеррут и Уосатч и да- лее к Каскадным горам [Рокитянский, 1975]. На основе данных У. Шмукера [Schmucker, 1970] выявлена аномалия электропроводно- сти на побережье Тихого океана в долинах рек Сакраменто и Сан-Хоакин, в межгорье между Береговым хребтом и Сьерра-Невада, а также под хребтом Сьерра-Невада. Далее на юг аномалия выходит к Калифорнийскому за- ливу (3 на рис. 1). В работе [Гиллули, 1975] исследовано по- ложение мезозойских надвигов на западе Невады. Граница палеоген-неогеновых тек- тонических движений совпадает с положени- ем Северо-Американской аномалии Великих равнин, а Каскадная аномалия в западной части США, проходящая на востоке вдоль хребтов Биттеррут и Уосатч, совпадает с «вну- триконтинентальным поясом юрско-меловых надвигов». Д. Гиллули [1975] указывает на то, что надвиги и тектоническая активность свя- Рис. 2. Схема расположения аномалий электропроводности в земной коре на территории России, Украины и в приле- гающих районах. Римскими цифрами в кружках I, II и профилем А—В обозначены участки детального рассмотрения в тексте: 1 — аномалии электронно-проводящей природы; 2 — аномалии флюидной природы; коровые аномалии (ци- фры в кружках): 1 — Лапландско-Печенегско-Варзугская рифтогенная система проводящих зон (1а — Лапландская, 1б — Печенгская; 1в — Имандра-Варзугская); 2 — Кейвская; 3 — Тикшеозерская; 4 — Онежская; 5 — Ладожская; 5а — Ботническая; 5б — Южно -Финляндская; 6 — Чудская; 7 — Прибалтийская; 8 — Вологодская; 9 — Тамбовская; 10 — Кировоградская; 11 — Курская; 12 — Воронцовская; 13 — Карпатская; 14 — Тимано-Печорская; 15 — Фроловская; 16 — Тянь-Шаньская; 17 — Ферганская; 18 — Анабарская; 19 — Бодайбинская (Байкальская рифтовая зона); 20 — Восточно-Сибирская; 21 — Камчатская; 22 — Сахалинская; 23 — Вилюйская; 24 — Минусинская; 25 — Хатангская; 26 — Измаил-Полтавская; 27 — Северо-Германская; 28 — Паннонская; 29 — Донбасская; 30 — Восточно-Сибирская; 31 — Норильская; 32 — Ундино-Балейская; 33 — Курунзулайская; 34 — Монголо-Охотская; 35 — Уральская; 36 — Копет- Дагская; 37 — Тунгусская; 38 — Северо-Кавказская; 39 — Таласо-Ферганская. КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 25 заны с движениями меридионального прости- рания. Непосредственные проявления ши- ротных сжатий здесь отсутствуют. Масштаб распространения тектонических движений на восток от западного побережья Северной Америки превысил 1500 км вплоть до южной границы Скалистых гор. В Южной Америке, в Андах, по данным [Brasse et al., 2001, 2002; Soyer, Brasse, 2001], установлена аномалия электропроводности, вытянутая вдоль береговой линии Тихого оке- ана более чем на 2500 км (5 на рис. 1). Г. Брассе и П. Лазаета с коллегами [2001, 2002] прове- ли длиннопериодные глубинные геомагнит- ные зондирования в Центральных Андах, включая высокогорное плато Альтиплано. Аномалия обнаружена на глубине около 10 км. Предполагается, что высокая электро- проводность вызвана флюидами, образо- вавшимися в результате метаморфизма в Андах, и частичным плавлением вещества в Альтиплано. Система разломов, контролиру- ющих Андскую аномалию электропроводно- сти, соответствует зоне субдукции океаниче- ской плиты Наска под Южно-Американскую континентальную плиту. Африка. В Центральной Африке магни- тотеллурическими и магнитовариационны- ми работами [Sakkas et al., 2002] обнаружена область повышенной электропроводности в земной коре в районе Кенийского рифта (6 на рис. 1). Верхняя кромка проводника за- легает на глубине 25 км. Заметим, что в се- редине 1970-х годов на южном продолжении этой аномалии проводились эксперименты по глубинному и сверхглубинному электромаг- нитному зондированию литосферы с исполь- зованием промышленной линии электропере- дачи постоянного тока «Кабора—Басса» про- тяженностью 1250 км [Blohm et al., 1977]. По результатам этих исследований установлен проводящий объект на глубинах 10—20 км. Возможно, что природа проводника также связана с влиянием предполагаемого продол- жения на юг Кенийской аномалии электро- проводности. Австралия. Наиболее протяженной анома- лией электропроводности в Австралии являет- ся глубинная область низкого сопротивления, установленная в районе залива Карпентария. Аномалия продолжается вглубь континента в субмеридиональном направлении на расстоя- ние более 1000 км (9 на рис. 1). Эта аномалия была обнаружена в 1997 г. в результате пло- щадных магнитовариационных исследований и по данным магнитотеллурических зондиро- ваний [Lilley et al., 2001]. По результатам этих исследований выделен проводник в земной коре на глубине около 10 км под осадками бас- сейна Эроманга. Аномалия проводимости Карпентария фиксируется также по гравитационным и аэромагнитным данным. Она рассматрива- ется как внутриплитный шов, являющийся восточной границей блока Маунт-Айза. По сейсмическим данным эта зона выделяется как уходящая в мантию область резкого из- менения скоростей распространения сейсми- ческих волн. В работе [Lilley et al., 2001] изло- жена гипотеза о том, что аномалии электро- проводности Австралии — Карпентария (9), Юго-Западного Квинсленда (8) и Флиндерса (7) соответствуют континентальным швам и представляют собой фундаментальные мар- керы, указывающие на особенности взаимо- отношения литосферных блоков. Блок Маунт- Айза — главный докембрийский, протеро- зойский элемент Австралийской платформы. Этот блок известен месторождениями цинка, свинца, золота и меди. Существует разли- чие в возрасте между платформенными об- ластями Западной и Центральной Австралии и восточной ее частью. В работе Б. Кеннета [2002] показано, что, согласно данным сейс- мической томографии, по 3D интерпретации поверхностных волн обнаруживается суще- ственное различие между кратоном и восточ- ными регионами континента, разделенными между собой аномалией электропроводно- сти Карпентария. Возможно, что некоторые из этих изменений могли быть следствием температурных влияний неогенового вулка- низма в восточной области Австралии, а вы- сокие сейсмические скорости на щите свя- заны с изменчивостью химического состава литосферы. Считается, что Тихоокеанская литосферная плита внедряется с юго-востока под Австралийскую плиту, образуя в нижней коре и верхней мантии адвекцию холодного материала. Это, в свою очередь, приводит к тому, что в результате метаморфизма и радио- активного разогрева появляются свободные флюиды, увеличивающие электропровод- ность вышележащих геологических структур. Евразийский континент. Две большие об- ласти северо-западной части Индии исследо- ваны площадными магнитовариационными наблюдениями в 1979—1980 гг. [Arora, 1990]. На этих же территориях были выполнены профильные магнитотеллурические наблю- А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 26 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 дения. Результаты исследований позволи- ли обнаружить вытянутую область высокой электропроводности, которая получила на- звание Трансгималайской аномалии (11 на рис. 1). В земной коре Азиатского континен- та эта аномалия является одной из наиболее мощных и протяженных структур. На боль- шей части своего пространства она залегает на глубинах 10—20 км и только на территории Кангмарского купола выходит близко к зем- ной поверхности. По данным электромагнит- ного профиля, пересекающего на севере рифт Ядонг-Гулу, область высокой электропровод- ности расширяется за пределами рифта [Chen et al., 1996]. Комплексные сейсмические и электромаг- нитные исследования в Тибете показали, что можно предположить существование зоны частичного плавления в нижней части коры в Тибете. Эти данные привели авторов [Chen et al., 1996] к новой концепции о вытеснении средней части земной коры из-под Индийского щита на Евразийскую плиту. Примерно такой же вывод сделан в работе [Гиллули, 1975], где утверждается, что Главный Гималайский хре- бет сложен породами, аналогичными гнейсам Индийский щита. На Тайване методом МТЗ обнаружена ано- малия электропроводности протяженностью 100 км, простирающаяся с северо-запада на юго-восток [Chen, Chen, 2000]. Ширина ано- малии достигает 20 км. В районе Саныи-Пули к ней приурочена зона повышенной сейсми- ческой активности региона. Через южную часть Шотландии от берега к берегу проходит аномалия в геомагнитных вариациях, соответствующая области высо- кой электропроводности на глубине 4—12 км, Пространственно она совпадает с отрица- тельной гравитационной аномалией Буге [Рокитянский, 1975]. Граница между палеозойскими герци- нидами Центральной Европы и палеоген- неогеновыми Карпатами характеризуется значительным контрастом в электропро- водности земной коры. Северо-восточный контакт герцинид и архейской системы Вос- точно-Европейской платформы, известной как трансъевропейская шовная зона Тейс- сейре—Торнквиста (TESZ), отмечается Се- ве ро-Германско-Польской аномалией в бух- то образных геомагнитных вариациях. Эта региональная структура в геоэлектрическом отношении характеризуется слоем высокой электропроводности в средней мантии, где в довольно широкой (примерно от 15° до 40° в. д.) и протяженной области проводимость увеличивается до 100 тыс. См [Semenov et al., 2003]. Остальные аномалии электропроводности Евразийского континента (рис. 1, 12—19) рас- смотрены ниже. 2. Аномалии электропроводности в лито- сфере России, Украины и смежных террито- рий Европы и Азии. Схема распространения аномалий элект- ропроводности России, Украины и смежных территорий Европы и Азии показана на рис. 2. Схема составлена на основе обобщения экс- периментальных данных М. Н. Бер дичевского, Л. Л. Ваньяна, В. Г. Дубровского, А. А. Жа- малетдинова, А. А. Ковтун, А. Г. Краснобаевой, С.Н.Кулика, Ю.Ф.Мороза, В. М. Никифорова, Е. С. Подловилина, О. Л. Полторацкой, И. И. Ро- китянского, Э. Б. Файнберга. На ней аномаль- ные объекты разделены по природе их проис- хождения на электронно-проводящие и флю- идные. В основу такого разделения положены количественные и качественные критерии, рассмотренные в разделе 3, а также выводы исследователей, обнаруживших и описавших те или иные участки земной коры. Согласно рис. 2, области распространения коровых аномалий флюидной природы за- нимают, главным образом, восточную часть территории стран СНГ. Аномалии характери- зуются умеренными значениями сопротивле- ния (первые сотни омметра); обладают изоме- тричной или слабовытянутой формой с нечет- кими контурами. Среди наиболее известных и признанных коровых аномалий флюидного типа следует выделить Копет-Дагскую (36), Восточно-Сибирскую (20, 30), Камчатскую (21). Часть аномалий (5—9), по мнению из- учавших их исследователей [Ковтун, 1989], относится к типу двухъярусных, обуслов- ленных совместным влиянием флюидных и электронно-проводящих факторов. Здесь и далее цифрами в скобках обозначены номера аномалий электропроводности, показанных на рис. 2. Урало-Тянь-Шаньская аномалия элек- тропроводности. Протяженные полосовид- ные аномалии электропроводности пред- полагаемой флюидной природы выделены вдоль Урала (35 на рис. 2). Далее на юг они соединяются пунктирными линиями че- рез район Аральского моря (где наблюде- ния отсутствуют) с Тянь-Шаньской (она же Мурунтауская) аномалией (16). Долгое время КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 27 природу этой аномалии трактовали как флю- идную, и только после того, как Мурунтауская сверхглубокая скважина подсекла на глубине 7 км пласт графита, дискуссия прекратилась в пользу электронно-проводящей природы [Ба- баджанов и др., 1986]. В. Шапиро [1988] объ- ясняет всю описанную систему аномалий про- водимости, протягивающуюся в виде дугооб- разной полосы общей протяженностью по- рядка 3,5 тыс. км (16 и 35 на рис. 2), как единый краевой пояс, образовавшийся в результате коллизионных явлений на границе девонско- го континента, надвигавшегося на Уральский и Южно-Тянь-Шаньский палеоокеан. С этой точкой зрения согласуется ориги- нальная трактовка истории геологического развития метаморфических формаций Тянь- Шаня, предложенная А. Б. Бакировым [1984]. Он обратил внимание на наблюдаемое вдоль Тянь-Шаньской дуги необычное переслаи- вание (перемешивание) двух типов геологи- ческих образований, резко различающихся между собой по генезису. Они включают в се- бя породы офиолитовой ассоциации (ультра- базиты, базиты, эклогиты), образованные при метаморфизме океанической коры, и породы первично-осадочного происхождения (гра- фитсодержащие сланцы, гнейсы, кварциты), образованные при метаморфизме континен- тальной коры. Геодинамическая модель, объ- ясняющая генезис указанных формаций, по- казана на рис. 3. На рис. 3, I, согласно А. Б. Бакирову [1984], предполагается, что океаническая кора (2) в процессе субдукции увлекла (затянула) за со- бой на глубину до 60—130 км осадочные тол- щи (4), отложенные на пассивном крае конти- нента. На заключительных этапах развития (рис. 3, в, г) происходит «перемешивание» ме- таморфизованных (графитсодержащих) осад- ков (5) с эклогитами (3), образованными на глубине путем перекристаллизации океани- ческой коры. Из этой смеси возникла свое- образная «кашеобразная масса», по опреде- лению А. Б. Бакирова, которая затем была вы- жата к земной поверхности вдоль шва столк- нувшихся континентов (рис. 3, г). Представленная гипотеза, основанная на большом объеме минералогических и пет- рологических исследований, позволяет удо- влетворительно объяснить факт сосущество- вания переслаивающихся первично-магма- тических и первично-осадочных пород, под- вергнутых высокотемпературному, высоко- барическому метаморфизму. В составе этих формаций широко распространены графи- Рис. 3. Модель образования электронно-проводящих графитоносных сланцев Южно-Тянь-Шаньской (Мурунтауской) аномалии проводимости (положение профиля А—В и карты-врезки II показано на рис. 2): 1 — континентальная кора; 2 — океаническая кора; 3 — эклогиты; 4 — осадки пассивного края континента; 5 — метаморфизованные осадки, со- держащие графит органогенной природы; 6 — направление движущих сил на разных стадиях развития коллизионной зоны: а, б — субдукция, поддвигание океанической коры под континент; в, г — апдукция, выжимание метаморфизо- ванного материала океанической коры и древних осадков вверх на границе сталкивающихся плит. А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 28 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 тистые сланцы, содержащие углерод органо- генного происхождения. С ними связывается природа Тянь-Шаньской аномалии электро- проводности, прослеженной более чем на 1000 км по простиранию (13 на рис. 1 и 16 на рис. 2). Ее продольная проводимость, по оцен- кам разных авторов, составляет от 10—15 тыс. до 300 тыс. См. Альпийская система проводящих зон. Карпатская аномалия электропроводности. Штриховой линией на рис. 2 показано ответ- вление Тянь-Шаньской аномалии электропро- водности на запад, в сторону Каспийского моря и далее на Кавказ. Анализ опубликован- ной литературы [Adam, 2005] привел к выводу, что коровые аномалии электропроводности, связываемые с графитом, наблюдаются вдоль всей Альпийской системы складчатости. Уг- леродистые образования «черного» мела прослежены И. С. Фельдманом на Северном Кавказе в виде проводящего слоя, полого по- гружающегося на глубину 10—20 км [Фельд- ман, 2005]. А. Адам [2005] предлагает связы- вать с черными графитистыми сланцами при- роду коровых аномалий электропроводности Альпийской коллизионной зоны (глубина 12—17 км) и ее продолжение на восток, в район оз. Балатон (зона 14 на рис. 1, глу- бины 5—9 км). С графитом, по сообщению И. И. Рокитянского [1975], связана также при- рода мощной аномалии электропроводности в Пиренеях (17 на рис. 1). Один из наиболее крупных проводящих объектов в цепи Альпийской системы склад- чатости (после Тянь-Шаньской зоны) — Карпатская аномалия электропроводности, вытянутая вдоль внутренней дуги Складчатых Карпат более чем на 1000 км (15 на рис. 1; 13 на рис. 2). Впервые обнаруженная в прошлом веке [Wiese, 1963; Adam, 1969], она в течение почти полувека является объектом исследо- ваний и активных дискуссий по вопросу о ее строении и природе. С теми или иными от- клонениями природа аномалии трактуется большинством авторов как связанная с флю- идными и температурными изменениями на границе субдуцирующих литосферных плит. Глубина залегания аномалии изменяется от 10 до 20—25 км по данным разных авторов. Однако флюидная концепция, в приложении к истолкованию природы Карпатской ано- малии, сталкивается с труднопреодолимыми противоречиями. Прежде всего, они связа- ны с необходимостью предположить суще- ствование температур в 500—600 °С на срав- нительно небольших глубинах — от 5—7 до 10—15 км. К этому следует добавить, что по- ложение оси аномалии в плане не согласуется с характером изолиний плотности теплового потока [Cermak, Pibakh, 1977]. Более логичное истолкование природы Карпатской аномалии предложено с позиции электронно-проводящей концепции А. С. Се- менова [1970]. По геологическим данным [Матковский, Кульчецкая, 1990], графит и графитоподобные минералы широко распро- странены в виде довольно узкой полосы мета- морфизованных пород Мармарошской зоны кристаллических сланцев, пространственно совпадающей с положением оси глубинной аномалии электропроводности от г. Рахов до г. Ужгород. А. И. Ивлиевым в районе г. Рахов были отобраны образцы графитистых пород на лабораторные испытания. Результаты ис- пытаний показали высокую электронную про- водимость пород [Жамалетдинов, 1996]. Далее на запад аналогичные геологические образо- вания, представленные кристаллосланцами Пенинской утесовой зоны, развиты вдоль всей оси Карпатской аномалии, прослеженной поч- ти на 1000 км. В работе [Zhamaletdinov, 2005] подробно рассмотрены особенности проявле- ния Карпатской аномалии по геофизическим данным, выполнено численное моделирова- ние и обосновано истолкование ее природы с позиции электронно-проводящей концепции. Там же проведена параллель с Южно-Тянь- Шаньской аномалией в отношении геодина- мической трактовки ее природы. На рис. 4 по данным [Stanley, 1989] показан пример двумер- ной интерпретации Карпатской аномалии (15 на рис. 1) в сопоставлении с аномалией элек- тропроводности Каскадной зоны в Северной Америке (2 на рис. 1). В работе обосновывает- ся графитовая природа обеих аномалий элек- тропроводности. Палеозойский фундамент. Мощные ко- ровые проводники установлены в палеозой- ском фундаменте Сибири. Они прослежива- ются в виде полосы с севера на юг (рис. 2) — Хатангская (25), Анабарская (18), Вилюйская (23) и Байкальская аномалии (19). Последняя объединяет в себе систему проводящих объ- ектов Байкальской рифтовой зоны, в том чис- ле Бодайбинскую аномалию, продольная про- водимость которой достигает 10—15 тыс. См. В большинстве работ их природа трактует- ся как флюидная [Бердичевский и др., 1969; Ваньян, 1984; Полторацкая и др., 1984]. Наряду с этим имеются многочисленные прямые и КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 29 косвенные указания на связь этих аномалий с углистыми и графитистыми сланцами, сопро- вождаемыми сульфидной минерализацией [Фельдман, 2005]. Анабарская (18) и Вилюйская (23) аномалии практически смыкаются между собой и охва- тывают площадь порядка 250 тыс. км2. Они резко неоднородны по строению и, в свою очередь, распадаются на несколько десятков более мелких проводящих объектов в боль- шинстве изометричной или слабовытянутой формы. Более детальная схема их расположе- ния показана на вставке, в правом верхнем углу рис. 5, где приведены типовые кривые магнитотеллурического зондирования над безаномальными (рис. 5, а) и аномальными (рис. 5, б) участками Анабарско-Вилюйского района. Глубины залегания аномально проводя- щих объектов в земной коре изменяются от 1,5—2 км на южном склоне Анабарского щита до 8—10 км в районе Вилюйской синекли- зы [Бердичевский и др., 1969; Полторацкая и др., 1984]. Продольная проводимость ло- Рис. 4. Пример двумерной интерпретации аномалий электропроводности и истолкования их природы за счет суще- ствования графитсодержащих осадочных толщ на контактах сталкивающихся (субдуцирующих) плит [Stanley, 1989]: а — Каскадная зона; б — Карпатский прогиб. А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 30 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 кальных проводящих тел варьирует от 5 тыс. до 80 тыс. См. С большинством из них про- странственно совпадают интенсивные про- явления кимберлитового магматизма средне- палеозойского возраста. Считается, что источники кимберлитовой магмы могли рас- полагаться на глубинах 3—15 км. Тепловые потоки, связанные с существованием маг- матических очагов на небольших глубинах, могли способствовать преобразованию ор- ганического вещества осадочных бассейнов в графит и алмазы. Последнее утверждение базируется на отдельных экспериментальных работах, обосновывающих идею об органи- ческой природе происхождения алмазов [Русанова, 1975], а также на наблюдаемых фактах пространственного совпадения ал- мазоносных кимберлитовых тел с областями широкого развития графитистых сланцев не только в Якутии, но также в Южной Африке (Кимберли) и в других регионах. К коровым аномалиям электронно- проводящей (графитовой) природы, приуро- ченных к палеозойскому фундаменту, отно- сятся также Норильская (31), Тунгусская (37), Минусинская (24) и Тимано-Печорская (14) (см. рис. 2). Последняя залегает на границе между палеозоем и докембрием. Связь пере- численных проводников с графитистыми от- ложениями устанавливается на основании резкой неоднородности аномалий, крайне низкого удельного сопротивления слагаю- щего их вещества (0,1—10 Ом·м), отсутствия корреляции их положения с характером тем- пературного поля и с мощностью осадочного чехла, а также на основе геологических дан- ных и результатов бурения, позволяющих об- наруживать углисто-графитистое вещество на восходящих участках коровых проводя- щих слоев, непосредственно под осадочным чехлом [Подловилин, Габлин, 1984]. С некото- рыми из этих аномалий коррелируют место- рождения полезных ископаемых (руды, угле- водороды). Особый интерес вызывает Сахалинская аномалия электропроводности (22 на рис. 2). Она представляет собой две полосовидные зоны, вытянутые вдоль северной части остро- ва, согласно простиранию главных тектони- ческих элементов кристаллического фунда- мента, перекрытого мощным покровом оса- дочных отложений. Природу аномалий при- нято определять как флюидную [Альперович, Никифоров, 1979]. Однако такое истолко- вание не согласуется с характером темпера- турного поля, которое на всей территории Сахалина имеет монотонное распределение со средними значениями 40—50 мВт/м2. Не- посредственно в районе аномалии, в ее юж- ной части наблюдается даже уменьшение гео- термического градиента с 20 до 10—15 °С/км. На рис. 2 Сахалинская аномалия показана как электронно-проводящая. Основанием для это- го, наряду с приведенными выше соображени- ями, послужили результаты выполненных А. А. Жамалетдиновым в 1981 г. измерений электропроводности пород на обнажениях углеродистых сланцев Сусунайского подня- тия, расположенного на южном продолжении восточной аномальной полосы. По внешнему виду и составу эти породы мало отличаются от кварц-хлорит-серицитовых углеродистых сланцев Имандра-Варзугской аномалии элек- тропроводности на Балтийском щите и об- ладают пониженным сопротивлением в пер- вые сотни омметров. Можно полагать, что эти же породы, будучи погруженными под оса- дочный чехол, в условия достаточно высокого метаморфизма (амфиболитовой или зеленос- ланцевой фаций), могли приобрести высокую электронную проводимость и вызвать наблю- даемую магнитотеллурическую аномалию. Рис. 5. Пример типовых кривых магнитотеллурического зондированиия (МТЗ) в Анабарско-Вилюйском районе [Полторацкая и др., 1984]: а — кривые , , для «нормального» (безаномального) геоэлектрического раз- реза; б — то же над аномалиями электропроводности. КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 31 Докембрийский кристаллический фунда- мент. Коровые аномалии электропроводно- сти, связываемые с докембрийским кристал- лическим фундаментом, наиболее распро- странены в пределах Восточно-Европейской плиты. Крупнейшая из них, Кировоградская аномалия (10 на рис. 1), пересекает Украин- ский щит и протягивается в субмеридио- нальном направлении более чем на 600 км. Аномалия установлена и прослежена мето- дом магнитовариационного профилирования [Рокитянский, 1975]. Максимальная глубина ее залегания оценивается в 25—30 км. Существуют два альтернативных вариан- та истолкования природы Кировоградской аномалии. Согласно первому варианту, раз- виваемому первооткрывателем аномалии И. И. Рокитянским [1975], предполагается, что аномальный объект имеет флюидную приро- ду и обусловлен нестационарным тепловым полем, еще не достигшим земной поверхно- сти и поэтому не создающим аномального повышения плотности теплового потока в со- временном эрозионном срезе. Согласно второму варианту интерпрета- ции, развиваемому одним из авторов настоя- щей статьи, Кировоградская аномалия пред- ставляет собой древний рифт, заполненный вулканогенно-осадочными толщами с просло- ями сульфидно-углеродистых пород, выходя- щих непосредственно под осадочный чехол. Следы их обнаруживаются в этом районе в кристаллическом фундаменте по геологиче- ским данным и по результатам частотных зон- дирований [Рокитянский и др., 1983]. Наглядной иллюстрацией корового про- водника, обнаруживаемого под осадочным чехлом в толще докембрийского фундамента, является Фроловская аномалия (15 на рис. 1). Аномалия установлена по результатам глубин- ных зондирований с ЛЭП постоянного тока 800 кВ «Волгоград—Донбасс» [Жамалетдинов и др., 1982]. Продольная проводимость ее достигает 2 тыс. См. Пространственно Фроловская аномалия приурочена к поздне- протерозойскому фундаменту, сложенному терригенно-осадочными породами. В их со- ставе, согласно данным бурения, широко развиты углисто-графитистые образования. В районе аномалии на глубине 2,8 км вскрыт фонтанирующий выход нефти из девонско- го горизонта, залегающего непосредствен- но на кровле фундамента. Этот факт имеет принципиальное значение, поскольку позво- ляет предположить, в соответствии с идеей об «углеводородном дыхании» [Сидоренко, Сидоренко, 1975], что органические остатки первично-осадочных толщ фундамента в ходе их преобразования в графит могли служить поставщиками жидких и газообразных угле- водородов в вышележащие осадочные толщи. Результаты этого процесса проявились в том, что положение корового проводника гра- фитовой природы, залегающего в кристалли- ческом фундаменте, пространственно совпа- дает со скоплениями нефти в перекрывающем осадочном чехле. Аналогичные простран- ственные связи наблюдаются также в райо- нах расположения Тимано-Печорской (14), Вилюйской (23), Сахалинской (22) и других аномалий, описанных выше. Наряду с этим от- метим, что повсеместной прямой корреляции положения коровых электронно-проводящих объектов в кристаллическом фундаменте со скоплениями нефти в вышележащих осадоч- ных толщах нет и не может быть, поскольку условия накопления углеводородов определя- ются большим количством других факторов, не укладывающихся в рамки одной схемы. В частности, при таких изысканиях необхо- димо учитывать высокую способность угле- водородов к миграции на большие расстоя- ния. Это явление детально описано в работе [Карагодин, 1994] на примере гигантских ме- сторождений нефти Западной Сибири, ми- грировавших по латерали на многие десятки километров относительно материнских биту- минозных отложений глубокозалегающей ба- женовской свиты. В заключение обзора на рис. 6 представ- лена схема расположения аномалий электро- проводности земной коры на территории восточной части Балтийского щита и северо- запада Восточно-Европейской платформы [Zhamaletdinov, 1980; Жамалетдинов, Ковтун, 1993; Жамалетдинов, 1996]. Верхние кромки аномалий выходят либо на земную поверх- ность (на щите), либо под подошву осадочно- го чехла (на Восточно-Европейской платфор- ме). Сами объекты разделяются на два типа. Первый тип — узкие вытянутые зоны (поло- сы) проводимости, имеющие, в первом при- ближении, вид двумерных объектов. Их оси выделены жирными линиями. Как правило, они характеризуются высокой продольной проводимостью — в тысячи сименсов и более. Второй тип проводников определяет широкие области пониженного сопротивления кристал- лического фундамента вследствие широко- го распространения ветвящихся сульфидно- А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 32 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 графитовых зон проводимости. Продольная проводимость их изменяется от десятков до тысяч сименсов. Слабые аномалии в десятки сименсов выделяются только на щите и не об- наруживаются под осадочным чехлом. Интенсивные полосовые аномалии выде - ляются одинаково уверенно как на щите, так и под платформенным чехлом. Одна из них, Ладожско-Ботническая (18 на рис. 1, 4 на рис. 6), непрерывно прослеживается с терри- тории щита на платформу, под осадочный че- хол. Далее на юг просматривается ее возмож- ное соединение с Кировоградской аномалией (16 на рис. 1). На территории Балтийского щита аномалия хорошо изучена. Она была от- крыта И. И. Рокитянским [1975] и затем деталь- Рис. 6. Схема расположения коровых аномалий электропроводности восточной части Балтийского щита и его обрам- ления [Жамалетдинов, Ковтун, 1993]: 1 — оси линейных зон проводимости (S=1000 См и более); 2—4 — широкие об- ласти высокой и повышенной электропроводности земной коры: 2 — S>1000 См, 3 — S=100÷1000 См; 4 — S=10÷100 См; 5 — области аномально высокого сопротивления верхней, 10-километровой, толщи земной коры (S<0,2 См); 6 — грани- ца Балтийского щита; 7 — изолиния продольной проводимости осадочного чехла, См; наиболее крупные коровые анома- лии электропроводности (цифры в кружках): 1 — Печенгско-Аллареченская, 2 — Имандра-Варзугская, 3 — Онежская, 4 — Ладожская, 5 — Любимская, 6 — Кулдино-Лиепайская, 7 — Валмиеро-Лакновская, 8 — Чудская, 9 — Ильменская. но исследована А. А. Ковтун и ее коллегами [Ковтун и др., 1984; Ковтун, 1989]. Эпицентр аномального тела был определен на глубине 10 км, а ее природа связывалась, как и приро- да Кировоградской аномалии, с высокотемпе- ратурной областью обогащения пород флюи- дами. Отсутствие аномалии теплового потока над проводящим объектом объяснялось фак- тором времени, тем, что тепловой фронт еще не достиг земной поверхности. Наряду с этим сопоставление положения оси глубинного проводника с приповерхностной геологией показывает, что к нему приурочены горизон- ты черных углеродистых сланцев и пирит- пирротинистых пород. На северо-западе, на территории Финляндии, ось проводника про- КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 33 ходит через медно-никелевое рудное поле Миккели и далее разветвляется на северо- запад и запад (18 на рис. 1). Северо-западная ветвь образует Ладожско-Ботническую зону (Цветной пояс Финляндии), западная ветвь уходит параллельно Финскому заливу в сто- рону Швеции, где, по данным эксперимен- та BEAR, устанавливается ее продолжение в районе оз. Веннерн [Жамалетдинов, 1996]. 3. Дискуссия о природе проводящих объ- ектов в земной коре Как отмечалось выше, по вопросу о приро- де аномалий электропроводности в земной коре и верхней мантии развиваются две кон- цепции — флюидная и электронно-проводя- щая. Обе концепции в той или иной мере опи- раются на геодинамические построения. Флюидная модель электропроводности литосферы. Наиболее полное описание флю- идной модели электропроводности литосфе- ры и геотектонических следствий выполне- но С. Н. Куликом в книге [Азаров и др., 2005, с. 108—105]. Ниже рассмотрены самые общие положения. Согласно флюидной концепции, в глубинных слоях земной коры предполага- ется существование связных систем поровых пространств, заполненных соляными рас- творами. При этом, согласно статье [Yardley, Valley, 1997], необходимо учесть, что возмож- ность наличия свободных водных растворов в низах континентальной коры стабильных кратонов (древних платформ и щитов) прак- тически исключена, поскольку вода погло- щается мафическими породами и переходит в кристаллизационно связанное состояние. Поэтому в качестве наиболее реального меха- низма образования жидкой фракции (флюи- дов) на глубине обычно принимается темпе- ратурная дегидратация, наблюдаемая при температурах 500—600 °С для пород низких степеней метаморфизма типа серпентинитов или амфиболовых сланцев [Keller et al., 1966; Любимова, Фельдман, 1975]. Дегидратация, освобождение воды из кристаллической ре- шетки может происходить в условиях текто- нически активных зон, где тепловое поле не- стационарно и на границах температурных фронтов могут находиться надкристалличе- ские растворы в межзерновых пространствах горных пород. Исходя из наиболее общих фи- зических соображений, можно сформулиро- вать следующие требования, которым долж- ны удовлетворять флюидные аномалии. Первое требование связано с глубиной расположения флюидных аномалий. Глубина расположения определяется минимальной требуемой температурой дегидратации гор- ных пород — 500—600 °С. На щитах эта тем- пература соответствует глубине 45—50 км. Второе требование связано с геотектони- ческим режимом. Оно сводится к требова- нию, чтобы аномалия электропроводности находилась в области постоянного подтока тепла, необходимого для поддержания про- цессов высвобождения кристаллизационно связанной воды. Указанные условия соблюда- ются только в зонах молодой активизации, в рифтовых впадинах, где процессы дегидрата- ции могут происходить на глубинах 10—15 км и менее. Третье, сугубо качественное, требование основано на эмпирических соображениях о том, что флюидные аномалии должны харак- теризоваться плавными границами, слабыми пространственными градиентами поля, не- большой анизотропией или ее отсутствием и значительными размерами, сопоставимыми с глубиной их залегания. Наконец, четвертое требование связано с оценкой минимального значения удельного сопротивления влагонасыщенных горных по- род на глубине с учетом влияния температу- ры и давления. Согласно работе [Фельдман, Жамалетдинов, 2009], эта величина не может быть меньше 1000 Ом·м. Рассмотрим данный вопрос подробнее на основе лабораторных ис- следований. Удельное электрическое сопро- тивление (УЭС) трещиноватых пород доста- точно быстро возрастает с ростом давления до 150—200 МПа и определяется объемным сжа- тием [Lee et al., 1983]. У разновидностей одних и тех же пород эта величина, фактически со- ответствующая пористости за счет трещино- ватости, может быть разной. При дальнейшем увеличении давления УЭС определяется «чи- стой» пористостью и возрастает у различных пород в 10—100 раз (рис. 7, а). Увеличение температуры приводит к уменьшению УЭС на несколько порядков, причем графики зависимостей выполажи- ваются при больших температурах (свыше 300 °С) (рис. 7, б). Поверхностная проводи- мость (по границам кристаллов) начинает проявляться только при практическом отсут- ствии проводимости по трещинам и низкой пористости, менее 0,01 %. Для таких пород она определяет некоторый верхний предел УЭС. В реальных условиях вклад данного механиз- ма проводимости крайне мал. При пористости 1—2 % сопротивление А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 34 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 уменьшается на 2—3 порядка при небольших давлениях и температурах, однако не может быть меньше 103 Ом·м при сопротивлении растворов 0,3 Ом·м. С ростом давления и тем- пературы, примерно соответствующим уве- личению глубины в пределах земной коры ( =1,2÷1,5 ГПа, =400÷600 °С), происходит возрастание сопротивления в 5—8 раз при росте давления и уменьшении сопротивления на 2—3 порядка за счет температуры (рис. 7). При этих оценках сопротивление метаморфи- ческих и магматических пород должно лежать в диапазоне 104—105 Ом·м. Если увеличить ми- нерализацию водных растворов или флюидов до 300 г/л и тем самым уменьшить их сопро- тивление до минимально возможной величи- ны 0,03 Ом·м, то приведенные выше оценки опустятся до нижнего предела 103—104 Ом·м. Это согласуется с результатами работ по изу- чению УЭС горных пород в лабораторных условиях при высоких значениях давления и температуры и их обобщением, выполнен- ным М. П. Воларовичем, А. Т. Бондаренко и Э. И. Пархоменко [Воларович и др., 1966]. В тех случаях когда глубинные (коровые) аномалии электропроводности не укладыва- ются в рамки перечисленных выше требова- ний к условиям проявления флюидного меха- низма, их природу принято трактовать с пози- ции электронно-проводящей концепции. Электронно-проводящая концепция. Идея об электронно-проводящей природе коровых аномалий впервые была обоснована профес- сором Санкт-Петербургского университета А. С. Семеновым [1970]. Она основана на экс- периментально устанавливаемой исключи- тельной распространенности в земной коре аномалий проводимости, обусловленных на- личием графита и сульфидно-углеродистых образований. Аномалии охватывают широ- кий диапазон возрастных групп — от интен- сивно дислоцированных и метаморфизован- ных пород позднего архея и протерозоя до палеозоя и зон альпийской складчатости. Представленный выше анализ указывает на исключительную распространенность в земной коре на территории России электрон- но-проводящих аномалий, обусловленных наличием графита и сульфидно-углеродис- тых образований. Они охватывают широкий Рис. 7. Зависимость удельного электрического сопротивления от давления (а) и температуры (б) для горных пород при их полном насыщении минерализованными растворами и для водного раствора NaCl с содержанием 0,05 г/л [Lee et al., 1983]. КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 35 диапазон возрастных групп — от интенсивно дислоцированных и метаморфизованных по- род позднего архея и протерозоя до палеозоя и относительно слабо метаморфизованных пород мезозоя. Аномалии электропроводности флюидной природы наблюдаются, в основном, в областях молодого вулканизма, например на Камчатке [Мороз, 1991]. С флюидами принято связывать региональное понижение сопротивления в верхней мантии, на глубинах 110—140 км, как это наблюдается в пределах обширной Восточно-Сибирской аномалии (30 на рис. 1) [Ваньян, 1984; Бердичевский и др., 1969]. По мере увеличения объема эксперимен- тальных данных глубинных зондирований и повышения детальности исследований стано- вится ясно, особенно на примере Балтийского щита, что «зараженность» земной коры ано- малиями электропроводности столь велика, что это свойство становится нормой, тогда как участки земной коры с однородным (по латерали) высоким сопротивлением на всю ее мощность являются редко встречающимися аномалиями. Во многих случаях по данным формальной интерпретации результатов глубинных зон- дирований коровые аномалии определяются в виде промежуточных проводящих слоев, за- легающих на глубинах от единиц до первых десятков километров. Однако более правиль- но интерпретировать их крутозалегающими, иногда пологонаклонными зонами или си- стемами зон проводимости, выходящими под осадочный чехол, под трапповые поля или под более молодые эффузивно-осадочные ком- плексы. По вопросу о природе сульфидно-углеро- дистых аномально проводящих объектов ре- зультаты наших исследований в наибольшей мере согласуются с идеей об их первично- осадочном биогенном происхождении. Со- гласно биогенной концепции, на раннем этапе развития Земли произошло резкое изменение характера геологических процессов в связи с появлением атмосферы, гидросферы и фо- тосинтезирующих бактерий [Виноградов, 1962]. С этого рубежа (3—3,5 млрд лет назад) возникла и начала активно развиваться орга- ническая жизнь. Наиболее интенсивно она протекала в мелководных бассейнах, где на- капливалось и захоронялось органическое ве- щество. Одновременно эти области испыты- вали погружения, сопровождавшиеся дизъ- юнктивными тектоническими движениями, эрозионными явлениями и осадконакоплени- ем. Глубокий метаморфизм приводил к уда- лению летучих и к структурной перестройке вещества. Богатые сероводородом органиче- ские остатки преобразовывались в характер- ные переслаивающиеся пачки сульфидно- графитистых пород. Описанная область крупных геологиче- ских преобразований, обусловленных био- геохимической и вулканической деятельно- стью, получила название супраструктуры, а соответствующие геологические комплексы — супракрустальных, или залегающих на пер- вичной коре наиболее раннего, нуклеарного, этапа развития Земли. Представленная схема образования гра- фита в земной коре находит подтверждение в результатах наших исследований, прежде всего в том, что электронно-проводящие суль- фидно-графитистые толщи всегда наблю- даются в составе супракрустальных вулкано- генно-осадочных толщ; они залегают согласно с горизонтами первично-осадочных по род и, будучи их компонентом, отражают литолого- стратиграфические особенности строения со- ответствующих геологических структур. С биогенно-осадочной концепцией про- исхождения графита согласуется также вы- текающая из экспериментальных данных об щая схема распространения электронно- проводящих (графитовых) коровых анома- лий в планетарном масштабе — это огромные проводящие включения, покровные образо- вания, наблюдаемые иногда в виде разломов, шарьяжей или рифтообразных структур и залегающие в виде неоднородного, моза- ичного слоя SC (Sulfide and Carbon bearing layer) на неровной поверхности древнейше- го плохо проводящего и относительно одно- родного протофундамента, сформированно- го на самой ранней, «нуклеарной», стадии развития Земли. В честь первооткрывателя идеи об электронно-проводящей природе коровых аномалий профессора Александра Сергеевича Семенова этому феномену при- дано обозначение «SC-слой Семенова». По- нятие «слой» в данном случаен имеет сугубо условное значение, поскольку область рас- пространения электронно-проводящих об- разований характеризуется крайней не- однородностью как по вертикали, так и по латерали. В заключение, ссылаясь на работу [Фельдман, Жамалетдинов, 2009], приведем основные представления о тех требованиях, которые могут и должны приниматься во вни- А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 36 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 мание при решении вопроса о природе анома- лий электропроводности, обнаруживаемых в земной коре. 1. В тектонически стабильных регионах, где термодинамические условия, необходи- мые для процессов преобразования пород под действием метаморфизма и плавления, не достигаются, вода в глубоких горизонтах находится в кристаллизационно связанном состоянии. Поступающая из мантии вода в этих условиях кристаллизационно связы- вается в нижней части земной коры, не из- меняя существенно их электропроводность. Сопротивление всех магматических и мета- морфических пород, которые должны преоб- ладать в составе земной коры и прилегающей мантии при соответствующих термодинами- ческих условиях, остается достаточно боль- шим. 2. В тектонически активных регионах в земной коре при выполнении ряда условий могут происходить процессы дегидратации и плавления, которые сопровождаются образо- ванием флюидов, как ионных проводников. Последние образуют связные системы и мо- гут существенно изменять физические свой- ства пород. Причем флюиды составляют не более 1—2 % общего объема пород. Наличие водных растворов или флюидов в количе- стве 1—2 % общего объема образуют связ- ную структуру, которая, будучи значительно более проводящей, понижает сопротивление горных пород на 2—3 порядка. При этом ниж- ний предел удельного электрического сопро- тивления земной коры на глубине составляет 1000 Ом·м. 3. Все аномалии электропроводности в земной коре, характеризующиеся удельным сопротивлением пород ниже 103 Ом·м, необ- ходимо интерпретировать в рамках других концепций, не имеющих отношения к флю- идной природе проводимости. В качестве наи- более приемлемой концепции в этом случае нам представляется электронно-проводящая [Семенов, 1970], хотя не исключаются и дру- гие механизм понижения сопротивления по- род, например за счет газово-жидких включе- ний. Благодарности. Настоящая работа вы- полнена при поддержке гранта РФФИ 11-05-12033-офи-м-2011 и гранта ОНЗ РАН № 6 (научные руководители академики А. О. Глико и Ф. П. Митрофанов). Автор выра- жает глубокую благодарность Т. К. Бурахович за инициативу в написании статьи и помощь в подборе материала. Неоценимую помощь в подготовке и оформлении рукописи оказала Т. Г. Короткова. Азаров Н. Я., Анциферов А. В., Шеремет Е. М., Глевасский Е. Б., Есипчук К. Е., Кулик С. Н., Сухой В. В., Николаев Ю. М., Николаев И. Ю., Пигулевский П. И., Шпильчак В. А., Сетая Л. О., Волкова Т. П., Бородина Б. В. Геолого-геоэлект- рическая модель Орехово-Павлоградской шов- ной зоны Украинского щита. — Киев: Наук. думка, 2005. —190 с. Альперович И. М., Никифоров В. М. Аномалии про- водимости в земной коре о. Сахалина // Докл. АН СССР. — 1979. — 244, № 5. — С. 1194—1196. Бабаджанов Т. П., Басов М. Д., Гатина P. M., Ашир- матов А. С, Белявский В. В., Каржаев А. Т., Таль-Вирский Б. В., Дубровский В. Т., Бердичев- ский М. Н., Яковлев A. T., Файнберг Э. Б. Южно- Тянь-Шаньская аномалия электропроводности // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. — 1986. — № 6. — С. 79—90. Бакиров А. Б. Эндогенные геологические форма- ции Тянь-Шаня // Метаморфические форма- ции. — Фрунзе: Илим, 1984. — 215 с. Список литературы Бердичевский М. Н., Борисова В. Н., Бубнов Г. Н. Аномалия электропроводности земной коры Якутии // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. — 1969. — № 10. — С. 22—41. Ваньян Л. Л. Электропроводность земной коры в связи с ее флюидным режимом // Коровые аномалии электропроводности. — Ленинград: Наука, 1984. — С. 27—35. Виноградов А. П. Изотопы кислорода и фотосинтез. — Москва: Изд-во АН СССР, 1962. — 32 с. Воларович М. П., Пархоменко Э. И., Бондаренко А. Т. Исследование электросопротивления основ- ных, ультраосновных и щелочных горных по- род и минералов при высоких давлениях и тем- пературах // Электрические и механические свойства горных пород при высоких давлениях. — Москва: Наука, 1966. — С. 168—179. Гиллули Д. Тектонические движения, связанные с эволюцией горных хребтов // Природа твер- дой Земли / Под ред. Ю. Робертсона. — Москва: Мир, 1975. — С. 225—251. КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 37 Жамалетдинов А. А. Графит в земной коре и ано- малии электропроводности // Физика Земли, 1996. — № 4. — С. 12—29. Жамалетдинов А. А., Ковтун А. А. Схема электро- проводности северо-восточной части Балтий- ского щита. Параметры нормального разреза // Строение литосферы Балтийского щита. — Москва: МГК РАН, 1993. — С. 86—88. Жамалетдинов А. А., Ковалевский В. Я., Павлов- ский В. И., Таначев Г. С., Токарев А. Д. Глубин- ное электрозондирование с ЛЭП постоянного тока 800 кВ «Волгоград—Донбасс» // Докл. АН СССР. — 1982. — 265. — С. 1101—1105. Жамалетдинов А. А., Семенов А. С. Электроннопро- водящие породы кристаллического фундамента — объект глубинных электрических зондирова- ний // Коровые аномалии электропроводности. — Ленинград: Наука, 1984. — С. 8—21. Карагодин И. Н. Источник углеводородов гигант- ских скоплений нефти в неокомских отложени- ях Западной Сибири // Докл. АН. — 1994. — 334, № 4. — С. 484—488. Ковтун А. А. Строение коры и верхней мантии на северо-западе Восточно-Европейской плат- формы по данным магнитотеллурических зондировaний. — Ленинград: Изд-во Ленингр. ун-та, 1989. — 284 с. Ковтун А. А., Вагин С. А., Коквина Е. Л., Поро- хова Л. Н., Чичерина Н. Д. Ладожская и Чудская аномалии электропроводности в земной коре // Коровые аномалии электропроводности. — Ленинград: Наука, 1984. — С. 49—55. Любимова Е. А., Фельдман И. С. Тепловой поток, температура и электропроводность земной коры и верхней мантии Земли // Кора и верхняя мантия Земли. — Москва: Изд-во МГУ, 1975. — Вып. 2. — С. 144—190. Матковский О. Е., Кульчецкая А. А. Графит // Ми- нералы Украинских Карпат. — Киев: Наук. дум- ка, 1990. — С. 45—51. Мороз Ю. Ф. Электропроводность земной коры и верхней мантии Камчатки. — Москва: Наука, 1991. — 180 с. Подловилин Е. С., Габлин Н. С. Геологическое строение фундамента Тимано-Печорской про- винции по результатам исследований магнито- теллурическими методами // Коровые анома- лии электропроводности. — Ленинград: Наука, 1984. — С. 101—107. Полторацкая О. Л., Панарин В. П., Попов Г. И. Западно-Якутская аномалия электропроводно- сти // Коровые аномалии электропроводности. — Ленинград: Наука, 1984. — С. 116—122. Рокитянский И. И. Исследования аномалий элек- тропроводности методом магнитовариационно- го профилирования — Киев: Наук. думка, 1975. — 279 с. Рокитянский И. И., Шуман В. Н., Логвинов И. Н., Лысенко Е. С., Павловский В. И., Жамалетди- нов А. А., Токарев А. Д., Захарова В. И. Частот- ные зондирования под Кировоградской анома- лией проводимости // Геофиз. журн. —1983. — 5, № 2. — С. 88—90. Русанова О. Д. К вопросу об источнике углерода природных алмазов // Древняя кора выветрива- ния гипербазитов Северного Урала: Тр. Свердл. горн. ин-та. — 1975. — Вып. 118. — С. 105—118. Семенов А. С. Природа электрической проводимо- сти древнего кристаллического фундамента // Вестн. ЛГУ. — 1970. — № 12. — С. 19—26. Сидоренко Св. А., Сидоренко А. В. Органическое вещество в осадочно-метаморфических поро- дах докембрия. — Москва: Наука, 1975. — 115 с. Фельдман И. С. Природа проводимости земной коры и верхней мантии // II Всерос. школа- семинар по электромагнитным зондировани- ям Земли: Лекции, тезисы. — Москва: МАКС Пресс, 2005. — С. 68. Фельдман И. С., Жамалетдинов А. А. Флюидная и тепловая модели электропроводности литосфе- ры по лабораторным данным // Комплексные геолого-геофизические модели древних щитов: Тр. Всерос. (с междунар. участием) конф. — Апатиты: Геол. ин-т КНЦ РАН, 2009. — С. 100— 107. Шапиро В. А. Урало-Тянь-Шаньская аномалия элек- тропроводности // Докл. АН СССР. — 1988. — 299, № 3. — С. 598—602. Adam A. Appearance of the electrical inhomogeneity and anisotropy in the results of the complex elec- trical exploration of the Carpathian Basin // Acta Geod. Geophys. Mont. Hung. — 1969. — 4. — Р. 187—197. Adam A. Graphite/graphitic rocks as cause of the elec- tric conductivity anomaly and their relationship to the tectonics — a review // Acta Geol. Hung. — 2005. — 40 (3-4). — Р. 391—411. Arora B. R. Magnetometer array studies in India: pres- ent status, data interpretation and assessment of numerical modelling results // Proceed. the Indian Academy of Sciences. Earth and Planetary Sciences. — 1990. — 99, iss. 4. —P. 693—716. А. А. ЖАМАЛЕТДИНОВ, С. Н. КУЛИК 38 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 Blohm E. K., Worzyk P., Scriba H. Geoelectrical deep soundings in Southern Africa using the Cabora Bassa power line // J. Geophys. — 1977. — 43. — P. 665—679. Brasse H., Lezaeta P., Rath V., Schvalenberg K., Soyer W., Yaak V. The Bolivian Altiplano conductivity anom- aly // J. Geophys. Res. — 2001. — 10.1029/2001 JB 000391. Brasse H., Lezaeta P., Rath V., Schwalnberg K., Soyer W., Haak V. The Bolivian Altiplano conduc- tivity anomaly // J. Geophys. Res. — 107, № 5, B5. — 10.1039/2001.JB000391/2002. Camfield P. A., Gough D. I. A possible Proterozoic plate boundary in North America // Can. J. Earth Sci. — 1977. — 14. — Р. 1229—1238. Cermak V., Pibakh L. The Heat Field of Europe. — Москва: Мир, 1982. — 376 с. Chen L., Booker J. R., Jones A. G., Wu N., Unsworth M. J., Wei W., Tan H. Electrically conductive crust in southern Tibet from INDEPTH magnetotelluric surveying // Science. — 1996. — 274. — Р. 1694— 1695. Chen, Chien-Chih, Chen Chow-son. Preliminary re- port on the Sanyi-Puli seismic zone conductivity anomaly and its correlation with velocity structure and seismicity in the Northwestern Taiwan // Letter Earth Planets Space. — 2000. — 52. — Р. 377—381. Gupta J. C., Kurtz P. A., Camfield P. A., Niblett E. R. A geomagnetic induction from IMS data near Hudson Bay, and its relation to crustal elecrtrical conductivity in central America // Geophys. J. R. Astron. Soc. — 1985. — 81. — Р. 33—46. Handa S., Camfield P. A. Crustal electrical conduc- tivity in north-central Saskatchewan: The North American Central Plains anomaly and its relation to a Proterosoic plate margin // Canad. J. Earth Sci. — 1984. — 21. — Р. 533—543. Hess H. H. History of ocean basins // Petrologic stud- ies. A. F. Baddington vol. // Geol. Soc. Amer. — 1962. — P. 599—620. Jones A. G., Craven J. A. The North American cen- tral plains anomaly and its correlation with grav- ity, magnetic, seismic, and heat flow data in Saskatchewan, Canada // Phys. Earth Planet. Int. — 1990. — 60. — Р. 169—194. Jones A. G., Savage P. J. North American central plains conductivity anomaly goes East // Geophys. Res. Lett. — 1986. — 13. — Р. 685. Keller G. V., Anderson L. G., Pritchard Y. I. Geological survey investigation of the crust and upper mantle // Geophysics. — 1966. — № 6. — P. 1078—1087. Kennett B. L. N. Seismic structure in the mantle be- neath Australia // Austr. J. Earth Sci. — 2002. — 999. — Р. 888—999. Kulik S. N. High conductivity anomalies in the Continental Earth Crust // Proceed. of the Institute of fundamental studies. — Kyiv: Logos, 2004. — P. 14—21. Lee C. D., Vine F. J., Ross R. G. Electrical conductivity models for the continental crust based on labora- tory measurements on high-grade metamorphic rocks // Geophys. J. R. Astronom. Soc. — 1983. — 72. — P. 353—371. Lilley F. E. M., Wang L. J., Chamalaun F. H., Ferguson I. J. The Carpentaria electrical conduc- tivity anomaly, Queensland, as a major structure in the Australian Plate // GSAA Monograph. — 2001. — 201. — Р. 1—16. Porath H. Magnetic variation anomalies and seismic low-velocity zone in the western United States // JGR. — 1971. — 76 (11). — Р. 2643—2648. Porath H., Oldenburg D. W., Gough D. I. Separation of magnetic variation fields and conductive struc- tures in the western United States // Geophys. J. R. Astron. Soc. — 1970. —19 (3). — Р. 237—260. Sakkas V., Meju M. A., Khan M. A., Haak V., Simson F. Magnetotelluric images of the crustal struc- ture of Chyulu Hills vulkanic field, Kenya // Tectonophysics. — 2002. — 346. — Р. 169—185. Schmucker U. Anomalies of geomagnetic vfriations in the southwestern United States // Bull. Scripps. Institute Oceanography. — 1970. — 13. — 165 p. Semenov V. U., Jozwiak W., Pek J. Deep Electromagnetic Soundings Conducted in Trans-European Suture Zone // Eos, Transactions, Amer. Geophys. Union. — 2003. —84, № 52. — Р. 581—584. Soyer W., Brasse H. A magneto-variation array study in Central Andes of N. Chile and SW Bolovia. // Geophys. Res. Lett. — 2001. — 28. — Р. 3023—3026. Stanley W. D. Comparison of geoelectrical/tectonic models for suture zones in the western U. S. A. and Eastern Europe: are black shales a possible source of high conductivities? // Phys. Earth Planet. Int. — 1989. — 53. — Р. 228—238. Wiese H. Geomagnetische Tiefentellurik. Teil III: Die geomagnetischen Variationen in Mittel- und Sudost-Eoropa als Indikator der Streichrichtund grossraumiger elektrischer Untergrundstrukturen КРУПНЕЙШИЕ АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИРА Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 39 // Geofisica pura et applicata. — 1963. — 56. — P. 101—114. Yardley B. W. D., Valley J. W. The petrologic case for a dry lower crust // J. Geophys. Res. — 1997. — B6. — P. 12,173—12,185. Zhamaletdinov A. A. Electron-conducting structures of the North-West of the Kola peninsula and their influence on results of the deep soundings of the Earth crust // Geod. geophys. Veroff. — 1980. — R. 111, H. 47. — P. 207—223. Zhamaletdinov A. A. On Electronocally Conductive Nature of the Carpathians anomaly (Geoelectric, Geothermal and Geodynamic aspects) // Publs. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sci. — 2005. — C-95 (386). — P. 43—58.

Крупнейшие аномалии электропроводности мира

Репозитарії

Схожі ресурси