ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 67-72
ГРУНТОВЕДЕНИЕ
УДК 534.6.550.311
ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД РАЙОНА ОЗЕРА ЧУДЗЪЯВР
© 2015 г. Ф. Ф. Горбацевич, М. В. Ковалевский, В. Р. Ветрин, О. М. Тришина
Геологический институт КНЦРАН, ул. Ферсмана, 14, Апатиты, Мурманской обл., 184209 Россия.
E-mail: gorich@geoksc.apatity. ru
Поступила в редакцию 17.02.2014 г.
Изучены петрофизические свойства образцов пород массива в районе оз. Чудзъявр. Породы высокотемпературной амфиболитовой и гранулитовой фаций - эндербиты, габбро, тоналиты, гра-нат-биотитовые гнейсы, обладают широким диапазоном изменчивости петрофизических свойств. Определены скорости распространения продольных и поперечных волн для пород, находящихся в глубинных условиях и на поверхности. Обнаружены широкие вариации показателей анизотропии (Ар = 1.72-10.0%, BS = 1.53-22%).
Ключевые слова: порода, метаморфизм, скорость распространения продольных и поперечных волн, анизотропия.
Интерпретация результатов сейсмического зондирования метаморфических массивов верхней и средней коры значительно затруднена. Массивы метаморфических пород обладают сложной структурой, неоднородностями разного масштаба, структурной и текстурной анизотропией. В этом плане представляет интерес детальное изучение петрофизических свойств массива в районе западной части оз. Чудзъявр. Массив сложен породами высокотемпературной амфибо-литовой и гранулитовой фаций. Их РТ-условия образования составляют Р = 3-5 кбар, Т = 710— 790 °С [6]. Рассматриваемый участок — это юго-восточная часть Кольско-Норвежского блока, который формировался в условиях пассивной континентальной окраины. Плагиогранитоиды эндербитового состава в районе к юго-западу от оз. Чудзьявр картируются главным образом в виде двух полос, разъединяемых полосой гнейсов, в составе которых преобладают гранат-биотито-вые и силлиманит-гранат-биотитовые, местами кордиеритсодержащие разновидности. Схематическая геологическая карта участка представлена на рисунке.
Породы метаморфизованы в условиях амфи-болитовой фации, смяты в сложные изоклинальные складки. По направлению с юга на север по профилю происходит смена эндербитов плагио-гранитоидами, местами содержащими ксенолиты и останцы биотитовых и амфибол-биотитовых гнейсов. По составу гранитоиды представле-
ны главным образом тоналитами и трондьеми-тами, местами микроклинизированы и в этом случае соответствуют гранитам и кварцевым монцонитам.
Цель исследования — определение петрофи-зических характеристик пород района западной части оз. Чудзъявр, в том числе плотности и скорости распространения продольных и поперечных волн, показателей упругой анизотропии и др. Было отобрано 11 проб пород, из которых изготовлены шлифы и образцы в форме куба с ребром размером 2.5—3 см. Минеральный состав пород приведен в табл. 1. Плотность пород определяли методом Архимеда.
Скорости распространения продольных и поперечных волн определяли с использованием акустополяризационного метода, представляющего собой аналог оптического поляризационного метода, с помощью прибора акустополярископ [3, 4]. В конструкции акустополярископа имеется поворотная платформа, на которой закрепляется образец. Прибор содержит излучатель и приемник чисто поперечных линейно-поляризованных ультразвуковых колебаний, гониометр и указатель угла поворота платформы. Датчики акусто-полярископа соединены с ультразвуковым дефектоскопом. Измерения осуществлялись на рабочей частоте прибора 1.2 МГц. Перед измерениями образец устанавливали на поворотную платформу. На рабочие поверхности излучателя и приемника
67
5*
Рис. Схематическая геологическая карта участка Чудзъявр 1 - дайки габбро-амфиболитов, 2 - тоналиты, эндербиты, 3 - гранат-биотитовые гнейсы, 4 - места отбора образцов, в скобках - величины возраста пород ТО^фМ), млн. лет.
наносили контактную среду, хорошо проводящую сдвиговые волны. В процессе измерений электропривод поворачивает платформу в пределах полного угла поворота 360о [5]. В точках наблюдений на экране ультразвукового прибора фиксировали амплитуду огибающей импульса проходящих колебаний. Измерения проводили в два этапа: сначала при параллельных (ВП), затем - при скрещенных на 90о (ВС) векторах поляризации. Измерения выполняли на всех трех парах граней кубического образца.
Для всех образцов были получены акустопо-ляриграммы, по которым определялась ориентировка проекций элементов упругой симметрии на трех гранях куба. Данные проекции являются направлениями, в которых скорости поперечных колебаний принимают экстремальные значения.
Петрофизические свойства образцов приведены в табл. 2. В ней представлены плотность, квазиматрица скорости Гу, показатели анизотропии АР и В8. Результаты измерений величин скорости распространения продольных (ГР), поперечных (Г8) по всем граням кубического образца приведены в виде квазиматрицы (табл. 2, [4])
v„ V12 V13
V21 V22 V23,
V31V32 V33
(1)
Таблица 1. Минеральный состав и структуры пород р-на оз. Чудзьявр
№№ шлифов Минеральный состав, % Структура Определение породы
CHU-10-01a Hbl-22, Cpx-20, Pl-50, Bt-5, Op-3, Гранобластовая Метагаббро
Ap<1
CHU-10-016 Bt-2, Pl-68, Qtz-30, Op<1 Гипидиоморфнозернистая Лейкотоналит
CHU-10-02 Opx-(5-7), Bt-5,Pl-50, Qtz-35, Бластогранитная Эндербит
Op-(3-5), Ap<1
CHU-10-03-1 0px-(10-12), Hbl-(3-5), Bt-(10-15), Pl- Бластогранитная, аллотрио- Эндербит
40, Qtz- 25, Op-5, Ap<1 морфнозернистая
CHU-10-07-1 Hbl-25, Bt-15, Sil-5, Pl-45, Op-10, Офитовая Офитовое габбро
Cal<1
CHU-10-08-1 Opx-2, Cpx-5, Hbl-3, Bt-8, Op-2, Гранобластовая, местами- кор- Эндербит
Pl-55, Qtz-25, Ap<1 розионно-метасоматическая
CHU-10-096 Bt-15, Pl-54, Qtz-30, Op<1, Ap, Aln, Гранобластовая Тоналит
Cal, Zr<1
CHU-10-11a Cpx-10, Opx-4, Bt-5, Hbl-2, Op-2, Бластогранитная Эндербит
Pl-47, Qtz-30, Ap<1
CHU-10-12-1 Grt-15, Bt-8, Kfs-30, Pl-20, Qtz-25, Гранобластовая, порфирограно- Гранат-биотитовый
Op-2, Zrn, Ap<1 бластовая гнейс
CHU-10-17 Bt-3, Opx<1, Pl-67, Qtz-30, Zo, Ap<1 Гранобластовая, аллотриоморф- Лейкоэндербит
нозернистая
CHU-10-20-1 Bt-5, Pl-60, Qtz-35, Ap, Op<1 Бластогранитная Тоналит
Примечание. Обозначение минералов дано по Kretz [9];
ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД РАЙОНА ОЗЕРА ЧУДЗЪЯВР 69
Таблица 2. Петрофизические свойства образцов массива оз. Чудзьявр (экспериментальные и расчетные данные)
Номер образца Наименование породы Р, г/см3 У у км/с Ар, % % Урк, км/с Урс, км/с У8к, км/с У8с, км/с
СНи-10-01а Метагаббро 3.00 5.17 3.29 3.30 3.25 5.37 3.37 3.27 3.27 5.14 3.31 3.52 5.22 6.36 3.29 3.51
СНи-10-01б Лейкотоналит 2.60 4.69 2.76 2.78 2.91 4.36 2.87 2.79 2.79 4.09 9.74 1.80 4.38 5.85 2.81 3.42
СНи-10-02 Эндербит 2.61 3.59 2.66 2.58 2.67 3.94 2.61 2.69 2.67 3.88 6.97 3.79 3.80 5.99 2.65 3.56
сни-10-03-1 Эндербит 2.67 4.12 2.99 2.84 2.76 4.22 2.82 2.96 2.85 4.16 1.72 6.70 4.16 6.08 2.87 3.56
СНи-10-07-1 Офитовое габбро 2.81 5.12 3.17 3.34 3.01 4.83 3.26 3.11 3.19 5.02 4.19 9.65 4.99 6.12 3.18 3.41
СНи-10-08-1 Эндербит 2.66 5.17 2.82 3.28 3.42 5.13 3.34 2.81 3.30 4.85 4.80 22.09 5.05 5.96 3.16 3.47
СНи-10-09б Тоналит 2.89 5.02 3.42 3.35 3.21 5.44 3.36 3.08 3.22 4.72 10.05 6.83 5.06 5.77 3.27 3.39
СНи-10-11а Эндербит 2.63 4.43 2.89 2.85 2.78 4.25 2.78 2.91 2.91 4.23 3.65 1.53 4.30 6.09 2.85 3.58
СНи-10-12-1 Гранат-биоти-товый гнейс 2.55 5.54 3.33 3.49 3.22 5.30 3.47 3.14 3.22 5.22 4.38 9.39 5.35 6.17 3.31 3.63
СНи-10-17 Лейкоэндербит 2.58 4.64 2.93 3.09 2.92 4.47 3.12 3.00 3.20 4.51 2.77 10.54 4.54 5.84 3.04 3.42
СНи-10-20-1 Тоналит 2.56 4.81 3.22 3.10 3.24 4.88 3.09 3.09 3.09 4.56 5.04 6.13 4.75 5.84 3.14 3.46
где Уп, У22, У33 - скорости распространения продольных колебаний, измеренные в направлениях 1-1', 2-2', 3-3'; У12, У13 - скорости распространения поперечных колебаний, измеренные в направлении 1-1' при ориентировке векторов поляризации (ОВП) в направлении 2-2', 3-3'; У21, У23 - в направлении 2-2' при ориентировке вектора поляризации излучателя поперечных колебаний (0ВП) в направлении 1-1', 3-3'; У31, У32 - в направлении 3-3' при ОВП в направлении 1-1', 2-2' соответственно.
Показатели анизотропии вычисляли по формулам
Ар = $ V(У11 - У/ + (У22 - Уср)2 + (У33 - Ур)2,
Ус
ср
(2)
где Уср = (У11 + У22 + У33)/3 - величина средней скорости распространения продольных колебаний в анизотропном образце.
Для оценки степени анизотропии образца по скорости поперечных колебаний рассчитывали
Таблица 3. Расчетные скоростные характеристики некоторых породообразующих минералов [1]
Название минерала V ■ pmin' км/с Vpmid, км/с V pmax' км/с V / pmax' /V ■ ' pmin
Плагиоклаз 4.76 6.48 7.80 1.64
Гранат 8.51 8.51 8.51 1.00
Клинопироксен 7.29 7.91 8.51 1.17
Биотит 4.32 6.44 8.02 1.86
Кварц 5.75 6.06 6.35 1.1
Роговая обманка 6.05 7.19 7.91 1.31
обобщенный показатель анизотропии В8. Величину В8 вычисляли по формулам [4]:
где
B 3 =
B1 =
BS = V в 2+ в 2+ в
2 $ ( V12- V13)
( V12 + V13) 2 $ ( V31- V32)
(3)
2 $ ( V21- V23); ( V21 + V23) '
- коэффициенты двулуче-
B2 =
( V31 + V32)
преломления поперечных волн, определенных соответственно для направлений 1-1', 2-2', 3-3'. В табл. 2 также даны средние величины скорости продольной волны для образца, рассчитанные как VPR = (V11 + V22 + V33)/3. Средние величины скорости поперечной волны определены как Vsr = (V12 + V13 + V21 + + V23 + V31 + V32)/6.
Образцы пород, отобранные на земной поверхности, из-за влияния процессов выветривания и др. имеют более низкие плотностные и скоростные характеристики (р, VP, VS), чем те, которыми они обладают на глубинах 0.5-3 км. Этот диапазон глубин наиболее интересен для разведочной геофизики. В ряде работ показано, что различия в показателях р, VP, VS на этих глубинах определяются их минеральным составом [1, 2, 7, 8, 10], поэтому авторами выполнен расчет величин скорости распространения продольных и поперечных волн по минеральному составу породы. В качестве исходных данных взят минеральный состав породы и соответствующие средние величины скорости в каждом конкретном минера
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.