Введение

Урал — общепризнанный мировой эталон палеозойских подвижных поясов, выдающаяся рудная провинция мира с классическими месторождениями черных и цветных металлов. Именно здесь, в старейшем горнорудном районе

Среднего Урала в пределах западного крыла Тагильского прогиба, являющегося генотипической эвгеосинклинальной зоной, была заложена

Уральская сверхглубокая скважина СГ-4 проектной глубиной 15000 м.

Немаловажное значение при выборе места заложения имела хорошая геолого- геофизическая подготовленность района бурения. Точка заложения СГ-4 находится вблизи пересечения региональных профилей ГСЗ.

Бурение СГ-4 начато 15 июня 1985 г опережающим стволом диаметром 215 мм скважина достигала глубины 4008 м. При этом бурение интервала 34—4008 м осуществлялось с непрерывным отбором керна, средний выход которого составил 64,2%. С целью преодоления возникших в процессе проходки опережающего ствола геологических осложнений (сильное кавернообразование, интенсивное возрастание зенитного угла) произведено формирование ствола диаметром 390 мм с последующим перекрытием интервала

0— 3942 м обсадной колонной диаметром 426 мм. В 1990 г. на скважине закончен монтаж буровой установки Уралмаш-15000, предназначенный для бурения до глубины 15 км, и продолжено дальнейшее углубление ствола. На

01.01.1999 г. глубина СГ-4 составила 5401 м.

1 Геологическое строение района заложения скважины СГ-4

Уральская сверхглубокая скважина (СГ-4), расположенная в 5 км западнее г. В. Тура Свердловской области, бурится с целью изучения земной коры в типичной структуре эвгеосинклинального типа развития. Проектная глубина скважины 15 км, бурение было остановлено на глубине 4008 м (для расширения ствола). В настоящее время глубина скважины около 5400 м. Бурение ведется со сплошным отбором керна, выход керна около 64 %.

Район бурения СГ-4 (рис.1) в геолого-структурном отношении отвечает среднеуральскому сегменту Тагило-Магнитогорской мегазоны палеозойского подвижного пояса Урала. С запада и востока она граничит соответственно с
Западно-Уральской и Восточно-Уральской мегазонами, имеющими в основании древний кристаллический фундамент, тогда как в Тагило-Магнитогорской мегазоне он неизвестен. Западной границей последней является Главный шов
Урала, представляющий собой систему параллельных надвигов восточного падения, по которой Тагило-Магнитогорская мегазона надвинута на структуры
Западно-Уральской мегазоны. Восточная граница Тагило-Магнитогорской мегазоны проходит по надвигу западного падения (рис. 2).

Тагило-Магнитогорская мегазона традиционно рассматривается как эталон структур эвгеосинклинального типа развития. Она сложена преимущественно вулканогенными толщами силура—карбона. Образования, предшествующие им по возрасту, известны в восточной части Западно-
Уральской мегазоны. Они представлены метаморфизованными в зеленосланцевой фации вулканогенно-песчано-алеврито-глинистыми толщами верхнего кембрия—ордовика. Вулканическая составляющая в низах разреза соответствует трахибазальтовой формации (колпаковская свита, С3—O1), в верхней части — базальтовой (выйская свита, 02-3).

В составе Тагило-Магнитогорской мегазоны на Среднем Урале выделяются три зоны, различающиеся набором геологических формаций (с запада на восток): Кумбинская, Центрально-Тагильская и Красноуральская.

В крайней западной части Кумбинской зоны развит сложный по составу и строению комплекс эффузивных, субвулканических и гипабиссальных пород, который ранее при обычном стратиграфическом подходе подразделялся на диабазовую и кабанскую свиты, датируемые в интервале S1l1-2. В первую объединяются породы базальтового состава, среди которых наряду с лавами широко распространены интрузии в виде пакетов даек и силлов. Во второй, развитой восточнее, с эффузивными и интрузивными базальтами ассоциируют кислые породы, преимущественно в виде экструзий и субвулканических тел. С породами лавовой фации перемежаются песчаники, алевролиты, кремнистые сланцы. Общая мощность стратифицированных образований не менее 2000 м.
Диабазовая и кабанская свиты отнесены к формации натриевых базальтов—риолитов. В поле их распространения располагается Арбатский массив (дунит-клинопироксенит-габбровая и габбро-диорит-плагиогранитовая формации S1l), отдельные мелкие тела габбро и плагиогранитов размещаются к западу и востоку от него.

Восточнее кабанского комплекса, отделяясь от него разломом, развиты отложения флишоидной толщи (S1l3-v21) — пара- и ортотуффиты, тефроиды алевролито-псаммитовой, реже псефитовой размерности и кремнисто-глинистые сланцы. Характерна темно-серая до черной окраска тонкообломочных пород, связанная с присутствием рассеянных сульфидов.

В составе пирокластики встречаются породы от базальтов до дацитов.

Мощность флишоидной толщи около 1000 м. Эта толща согласно перекрывается именновской свитой, в составе которой выделяются две толщи. Нижняя (S1l1-3-S1v22) имеет, как и нижележащая, флишоидный облик, но отличается увеличенной долей туфов и тефроидов и их размерности, отсутствием обломков дацитов. Ее мощность около 1500 м.

Более молодой является толща с фауной верхнего венлока—лудлова, сложенная тефроидами преимущественно псефитовой размерности, иногда с грубой градационной слоистостью, с базальт-андезибазальтовым составом пирокластики. В верхах этой толщи общей мощностью до 2000 м обособляется пачка лав ( часто подушечных) того состава.

В полосе распространения именновской свиты выявлены многочисленные субвулканические тела — остатки вулканических аппаратов центрального типа, а также интрузии габбро и габбродиоритов

(Тагильский комплекс габбро-диорит-гранодиоритовой формации), по составу сходных с вмещающими вулканическими породами. Именновский комплекс полностью отвечает определению андезит-базальтовой формации и явился ее петротипом [Карта магматических формаций СССР, 1974].

В Центрально-Тагильской зоне наиболее ранние образования в осевой ее части представлены карбонатными отложениями венлока—лудлова, а в западной части — гороблагодатской толщей (S2), сложенной преимущественно туфоконгломератами, туфопесчаниками, реже туффитами и туфами трахибазальтового состава, в подчиненном объеме лавами.

Мощность толщи 1650 м. Восточнее широкой полосой распространена туринская свита (S2p—D1l). Она сложена в основном подушечными лавами, гиалокластитами, туфами, тефроидами трахиандезитового, трахитового, реже базальтового и трахиандезибазальтового состава и в небольшом объеме известняками. Мощность ее достигает 2—3 км. С вулканическими породами (выделяемыми в формацию калиевых базальтов—трахитов) ассоциируют комагматичные субвулканические тела, а также интрузии сиенитов Кушвинского и габбро Волковского массивов. Фундаментом туринской свиты являются карбонатные отложения венлока и лудлова, что и дает основание выделять самостоятельную Центрально-Тагильскую структурно-формационную зону. Гороблагодатская толща в нижней части синхронна с именновской свитой, в верхней — с туринской и рассматривается как фациальный аналог этих свит, формировавшихся на стыке Кумбинской и Центрально-Тагильской зон.

Разрез Центрально-Тагильской зоны завершается краснотурьинской свитой (D1p-D2ef) вулканогенно-обломочных пород андезитового, андезибазальтового, андезидацитового состава, перемежающихся с туффитами, песчаниками, глинистыми сланцами, известняками.

Вулканические образования этой свиты соответствуют базальт-андезитовой формации.

В Красноуральской зоне наиболее ранний комплекс — красноуральский, сопоставляемый по возрасту с кабанским. Однако он отличается от последнего более широким набором пород, среди которых преобладают дациты и андезидациты, что дает основание относить его к

«непрерывной» базальт-андезит-риолитовой формации. В качестве комагматичного ему рассматривается выделяемый под тем же названием интрузивный комплекс габбро-диорит-плагиогранитовой формации.

Предположительно более молодой (S1l3—v2) является толща пород под названием липовской (по горе Липовой, где она хорошо обнажена).

Границы ее с окружающими образованиями в плане проходят по разломам. В составе толщи, имеющей мощность до 2,5 км, ассоциируют высокомагнезиальная бонинитовая серия и нормальная известково- щелочная, представленные преимущественно андезитами и дацитами, причем для первой серии характерны подушечные лавы и гиалокластиты, для второй — вулканогенно-обломочные фации . Более молодые образования

Красноуральской зоны сопоставляются с именновской и туринской свитами, хотя отличаются от них по составу и возрасту . Завершается разрез краснотурьинской свитой.

Вопросы о соотношениях отдельных зон и геологических тел внутри

Тагило-Магнитогорской мегазоны, о возрасте и природе ее фундамента, о глубине залегания базальтового слоя дискуссионны, что нашло отражение в существовании целого ряда (не менее 9) моделей глубинного строения района бурения СГС-4. В соответствии с приверженностью авторов моделей к одной из двух существующих концепций развития Урала (классической геосинклинальной или мобилистской) все разнообразие моделей можно свести к двум группам. Согласно первой Тагило-Магнитогорская мегазона представляет собой синклинорную структуру с симметричным строением крыльев, заложенную на древнем кристаллическом фундаменте, едином с фундаментом Русской платформы. Тела отдельных вулканических формаций последовательно наслаиваются друг на друга, распространяясь на всю ширину мегазоны . Согласно второй группе моделей Тагило-Магнитогорская мегазона имеет сложное чешуйчато-блоковое строение и представляет собой агломерат зон, формировавшихся обособленно на меланократовом фундаменте океанического происхождения и сближенных впоследствии тектонически. Почти на половину своей ширины она надвинута на структуры Западно-Уральской мегазоны, под надвигом может находиться клин древнего кристаллического фундамента. Более обоснованный выбор какой-либо из существующих моделей глубинного строения Тагило-

Магнитогорской зоны может быть сделан по результатам бурения СГ-4.

2 Цели и задачи СГ-4

Скважина заложена с целью изучения строения земной коры и рудоносных комплексов внутриконтинентальных подвижных поясов эвгеосинклинального типа и предусматривает решение следующих задач.
1. Изучение геологического разреза Тагильского прогиба и особенностей его геотектонического развития.
2. Установление состава, строения, возраста и природы фундамента; соотношение образований геосинклинального комплекса и фундамента; характер и степень его переработки геосинклинальным процессом.
3. Исследование глубинных процессов рудообразования, воссоздание моделей формирования типичных для прогиба месторождений и разработка новых методов эффективного прогноза и поисков минерального сырья.
4. Получение информации о физических свойствах пород на глубине, особенностях флюидного режима и природе сейсмических границ; выявление связи гравитационных, геотермических, геоэлектрических и магнитных полей с глубинным строением.
5. Выявление положения и морфологии стратиграфических и других границ раздела вещественных комплексов и структурных этажей.

Перечисленным не исчерпывается многообразие исследовательских возможностей СГ-4, о чем свидетельствуют опыт Кольской и других сверхглубоких скважин, а также ознакомление с зарубежными программами научного бурения. Показателен пример немецкой программы континентального бурения КТВ, в которой делается акцент на физическую и химическую сторону геологических явлений, изучение современного состояния земной коры и современных геологических процессов. Признавая правомочность такого подхода, целевое назначение-СГ-4 можно определить как фундаментальные исследования физических в химических условий и процессов в глубинных частях земной коры для понимания структуры, состава, динамики и эволюции
Уральского подвижного пояса. Обращает внимание более конкретное звучание ряда научных задач, таких, как исследование глубин проникновения и влияния циркулирующих в земной коре растворов на образование месторождений минерального сырья, процессы деформации и конвекции, а также значение воды для динамических процессов, происходящих в. земной коре; изучение интенсивности дегазации и вещественного состава мантии Земли и континентальной части земной коры и др. Все это с поправкой на уральскую специфику справедливо и для СГ-4.
Необходимо было создать условия для максимальной реализации познавательных возможностей скважины и сопровождающего ее комплекса работ, а именно: обеспечение современного (мирового) уровня исследований на самой скважине; создание адекватной системы комплексных геолого-геофизических исследований в околоскважинном пространстве; привлечение к исследованиям, анализу и обобщению результатов наиболее компетентных специалистов; создание при проведении исследований обстановки гласности и широкого сотрудничества.

4 Геологический разрез СГ-4

Исследования керна ствола и района заложения скважины проводится
Уральской ГРЭ СГБ НПО «Недра» совместно с организациями соисполнителями
ПГО «Уралгеология», КамНИИКИГС, ИГиГ УрО АН СССР, ИГ УрО АН СССР, ВСЕГЕИ,
ЦНИГРИ, ИГЕМ, ИМГРЭ, ВНИИгео-информсистем, ПГО «Аэрогеология», НПО
«Союзпромгеофизика» и др.

Вскрытый скважиной разрез представлен силурийскими вулканогенными и вулканогенно-осадочными образованиями, относимыми согласно современной стратиграфической схеме к именновской свите (S1l3—S2ld).
Общее строение разреза, по результатам выполненной детальной документации керна, просмотра шлифов, вулкано-фациальных и геохимических исследований, установлено следующее.
40—430 м — эффузивная толша в основном базальтовых, андезитобазальтовых лав, в инт. 130—252 м — также ферробазальтов и палеоисландитов;
430—3070 м — монотонная толша грубообломочных и агломерато-грубопесчаных туфов основного состава типично именновского облика: никак не обработанный шлаковый и миндалекаменный материал обильнокрупнопорфировых обычно плагиоклаз-двупироксеновых базальтов и андезитобазальтов, нередко содержит примесь плагиофировых андезитов и калиевых базальтов и образует пласты и их серии мощностью 20—70 м, разделенные прослойками песчаных тефроидов, обычно слабо слоистых; на 1920—1940 м и около 3000 м появляются подводно-морские флишоиды с темными алевропелитами в верхах ритмов;

3070—3468 м — переслаивание туфов плагиофировых андезитов, местами с примесью базальтового материала и того же состава песчаных тефроидных флишоидов; с 3280 м туфы и тефроиды преимущественно более кислые — андезитодацитовые, часто с обилием витрокластики в виде обрывков и комочков пемз и перлитов;

3468—5006 м — флишоидное чередование туфов подводных пирокластических потоков однородно риодацитового состава (также с пемзами, перлитами и обилием осколков плагиоклаза), в инт. 3850—4297 м чаше всего повторно перемешенных как подводно-оползневые массы. Сопровождают их резко подчиненные по объемам более мелкопесчаные в разной степени отсортированные флишоидные тефроиды того же состава и темные силициты верхов ритмов, содержащие конодонты граничных слоев лланловери и венлокского ярусов раннего силура;

5006—5070 м — пачка темных зеленовато-серых силицитов, местами с обильными остатками радиолярий, в верхней половине — с прослойками кислых туфов и тефроидов;

5070—5401 м — кабанский комплекс, представленный в инт. 5072—5076 м темными туфопесчаниками с витрокластикой ос новного состава, переходящими вверху в алевропелиты и красные яшмоиды; ниже сплошь распространена краснообломочная сваренная пирокластика афировых преимущественно калиевых базальтов, исландитов и спилитов, которая перемежается с потоками неокисленных лав того же (5182—5215 м и др.) и кислого составов
(5265—5312,4 м).

В целом разрез вулканокластической и переходной толщ малоконтрастный, содержит в разных пропорциях признаки как вулканогенного, так и осадочного происхождения. Толщина этих пород увеличивается с глубиной. Флишоидная толща при слабых фациальных отличиях от низов переходной резко отличается более кислым составом обломочного материала.

При сопоставлении вскрытого разреза с проектным установлено превышение мощности отложений в 1,5 раза. В результате бурения возникли вопросы, касающиеся геометрии, пространственных и генетических взаимоотношений слагающих верхнюю часть прогиба комплексов. Решение их возможно при дальнейшем углублении СГ-4 и выполнении целенаправленных исследований в околоскважинном пространстве, включая бурение вспомогательных структурных скважин.

При проведении циклического анализа в пределах вскрытого скважиной разреза выделено пять мегаритмов, границы которых совпадают или близки к границам отмеченных толщ и под-толщ на глубинах 3487 м, 2640 м, 1919 м и
430 м и характеризуются резким изменением литологии пород.

Нижний мегаритм 3487—4064 м соответствует флишоидной толще и является вулканогенно-осадочным. В разрезе полностью не вскрыт. Он сформировался в условиях слабой вулканической активности. В нем преобладают удаленные мелкообломочные фации андезидацитового состава, широко развиты тонкослоистые алевролитовые и алевропсаммитовые разности осадочных пород, доля которых к верхам мегаритма возрастает до 80—90 %. Чередование тонкослоистых прослоев, характеризующихся маломощной (0,01— 0,5 м) двухчленной, реже трехчленной ритмикой со слабо дифференцированными гравийными, образует контрастные мезоритмы мощностью от 10 до 75 м.

Мегаритм 2640—3487 м, условно относимый к вулканогенно-осадочному типу, характеризуется тем, что на фоне мелкой ритмичности (от долей до 5 м) мелкопсефито-псаммитовых разностей проявлены контрастные гетерообломочные ритмы мощностью от 2—3 до 15—20 м, где крупнопсефитовые и агломератовые обломки изолированно погружены в псаммитовый субстрат. Периодически повторяющиеся интервалы развития алевропелитовых разностей позволяют выделить ряд мезорит-мов с границами на 3986 м, 3332 м, 3276 м, 3160 м,
3083 м и 2986 м. Отмеченные особенности мегаритма, вероятно, обусловлены неравномерными проявлениями вулканической активности и грязекаменных потоков.

Три верхних мегаритма (1919— 2540 м, 430—1919 м, 0—430 м) вулканогенные, частью оеадочно-вулканогенные. Они сформировались в результате нескольких вспышек вулканической деятельности с общей тенденцией к ее нарастанию.

Строение первых двух в общих чертах близкое. В их основании ритмичность относительно мелкая, с мощностью преобладающих элементарных ритмов 2—3 м. В центральных частях мегаритмов выделяются крупные ритмы мощностью до 10—30 м и более. Доля грубообломочного материала вырастает здесь до 70—90 %. В верхних; частях снова отмечена мелкая ритмичность (от 0,1—0,2 м до 2—3 м).
В составе ритмов увеличивается доля сортированного вулканогенного материала, а в некоторых из них в интервале 1919—2007 м появляются прослои кремнистых алевропелитовых пород мощностью 0,2—5 см.

Верхний—эффузивный мегаритм (О—430 м) сформировался в результате нескольких импульсов вулканической деятельности с короткими перерывами между ними (88—105 м). Нижняя часть мегаритма сложена обильно-порфировыми пироксен-плагиофировыми базальтами, в средней (120— 262 м)—залегают подушечные лавы афировых андезибазальтов-базальтов, а в верхах—плагиофировые андезибазальты.

В фациальном отношении в развитых по всему разрезу отложениях отмечаются подводные условия образования, на отдельных глубинах отличающиеся характером вулканизма и удаленностью зон аккумуляции вулканического материала от береговой линии, что выражается различиями его гранулометрического и вещественного состава, а также разной степенью перемыва и сортировки. В целом, по-видимому, господствовала обстановка островных вулканов с преобладанием фации субаквальных пирокластических. и подводных гравитационных грязекаменных потоков. При этом нижняя часть разреза на интервале развития алевритистых, песчаных и гравийныу ритмов флишоидной толщи отвечает наиболее глубоководной, удаленной от вулканических построек области. Выше по разрезу преобладают мелководные склоновые фации вплоть до субаэральных, регистрируемых горизонтами с красноцветными гематизированными обломками.
.

Геологический разрез СГ-4

Рис. 4. Геологический разрез СГ-4, составлен в Уральской экспедиции сверхглубокого бурения ГНПП «Недра»:
1 — базальты плагиофировые, пироксен-плагиофировые (а), андезитобазальты
(о); 2 — андезиты (а), дациты, риодациты (б); 3 — туфы глыбовые (а), агломератовые (б), крупнопсефитовые (в), мелкопсефитовые (г), кристаллолитотуфы (е), 4— туффиты агломератовые (а), крупнопсефитовые (б), мелкопсефитовые (в), псаммитовые (г); 5— тефроиды мелкопсефитовые (а), псаммитовые (б); 6— туфоконгло-мераты, туфопесчаники; 7 — туфогравелиты, туфопесчаники; 8 — туфопесчаники, туфоалевропесчаники; 9 — туфопесчаники, туфоалевролиты; 10— песчаники, алевропесчаники, алевролиты; 11— кремнистые, углисто-кремнистые алевролиты, алевропелиты; 12 — диориты (а), кварцевые диориты (б); 13 — внемасштабный знак даек основного (а) и среднего (б) составов; 14 — тектонические нарушения: сбросы, взбросы (в), малоамплитудные надвиги (б); 15— границы геологических тел (а), толщ и подтолщ (б), пачек (в)

3 . Прогнозные модели Уральской СГ-4

Среди уральских исследователей, в т. ч. имеющих отношение к СГ-4, еще сильны позиции сторонников классической (фиксистской) геологии, рассматривающие регион как достаточно фиксированную полициклическую геосинклинальную систему с интенсивным развитием магмо- и рудоподводящих глубинных разломов и повторяемостью в каждом цикле однотипных геологических и рудных формаций .

Согласно альтернативной, мобилистской концепции Урал представляет собой сложное покровно-складчатое сооружение, состоящее из разнородных аллохтонных пластин, образованных путем крупных горизонтальных перемещений геологических масс. Эти представления вносят существенные коррективы в схему металлогенического развития региона, дают новое толкование природе и перспективам его рудоносности

Отметим, что деление геотектонических позиций на фиксистские и мобилистские в какой-то мере условное и не отражает всего разнообразия представлений о месте заложения, движущих силах и истории развития
Уральской эвгеосинклинали. В последнее время наблюдается тенденция в сближении позиций, что выражается в признании представителями фиксистского направления ограниченного спрединга с возникновением раздвигов, обнажающих симатическую кору.

Благодаря тесному сотрудничеству большой группы исследователей удалось сформировать комплект из 11 моделей, отражающих практически весь спектр существующих прогнозных представлений о глубинном строении района бурения
(рис. 2). Не имея возможности подробно охарактеризовать все модели, остановимся на наиболее существенных и принципиально отличающихся.

В. С. Дружининым составлены основополагающие сейсмические и геолого- геофизические разрезы и дан вариант прогнозной модели, основными элементами которой являются структурно-вещественные комплексы, физическая характеристика, положение в разрезе сейсмических границ, возможная их природа. Согласно этой модели СГ-4 должен вскрыть полный разрез уралид мощностью примерно 11 км, пройти около 4 км по рифейским образованиям и в интервале 14—14,5 км войти в образования древнего комплекса основания предположительно архейско-протерозойского возраста. При этом в составе уралид выделяются четыре комплекса, среди которых наиболее интересным и неясным будет комплекс пород на глубине 7—9 км. В целом геологическая привязка всех выделяемых комплексов и их литологический состав в значительной мере условные. Это попытка спроецировать на разрез по скважине поверхностные образования, развитые к западу от нее.

По Ю. С. Каретину (рис. 3, а) Тагильский прогиб представляет целостную грабенообразную структуру с плоским днищем и четко выраженными бортами.
Развита сложная система листрических сбросов растяжения, большей частью трансформированных в малоамплитудные надвиги. Фиксистское существо модели автор обосновывает тем, что амплитуды смещений относительно малы и не нарушают существенным образом первичную троговую синседиментационную структуру растяжений. Расположенные к западу от СГ-4 интрузии
Платиноносного пояса рассматриваются в виде несмещенной магмоподводящей зоны, субвертикально уходящей на глубины свыше 50 км и не пересекающейся скважиной. По выражению автора, эти интрузии «сшивают» весь разрез.

В. Н. Пучков при построении своей мобилистской модели (см. рис. 3, б) исходит из результатов геологических исследований в зоне сочленения
Тагильской и Центральноуральской зон севернее района бурения, где устанавливается залегание пород Тагильского комплекса в виде тектонического покрова регионального значения . Используя изменение положения с глубиной отражающих площадок (по данным MOB и ГСЗ) с глубиной, автор модели предполагает соответствующее выполаживание поверхностей тектонического срыва на глубине и прогнозирует их подсечение сверхглубокой скважиной.
Одновременно предполагается возможность повторения в разрезе отложений с глубины 7 км, имеющих более молодой возраст, чем вышележащие, в пользу чего, по мнению. В. Н. Пучкова, свидетельствует установленная ГСЗ неоднократная инверсия скоростей на глубинах 7—17 км. На вопрос о том, какие комплексы тектонически совмещаются в предполагаемом разрезе СГ-4, автор не дает однозначный ответ. В качестве возможного состава наиболее интересной малоплотной пластины на глубине 7—9 км высказаны следующие варианты: вулканогенно-осадочные отложения верхнего силура—девона
Тагильской зоны; плагиограниты, плагиогнейсы (плагио-мигматиты); серпентинитовый меланж, сближенные зоны рассланцевания; ордовикско- девонские существенно терригенные отложения континентального подножия.
Пластина, расположенная на глубине 9—11 км, наиболее вероятно, принадлежит меланократовому фундаменту (габбро, амфиболиты, ги-пербазиты), первично подстилавшему вулканогенные комплексы Тагильской зоны. На глубине 11 км и ниже ожидается вскрытие метаморфических, принадлежащих фундаменту утоньшенного, частично разрушенного при рифтогенезе края Восточно-
Европейского континента — переходной зоны oт континентальной коры к океанической. Не исключено, что на глубине 11-15 км повторяетя тектонический разрез палеозойских эвгеосинклинальных толщ и их меланократового основания.

В модели С. Т. Агеевой, А. Г. Волчкова и П. С. Ревякина (ЦНИГРИ) под
Тагильской эвгеосинклиналью предполагается куполовидное поднятие гранулит- базитового слоя, свод которого расположен на глубине около 12— 13 км. Выше должны залегать слабо вскрытые на поверхности отложения океанической коры, в основании которых залегает мощный офиолитовый комплекс, инъецированный крупными телами гипербазитов.

В. И. Сегалович (КамНИИКИГС) составил два крайне мобилистских варианта модели, исходя из гипотезы обширного, протяженностью в сотни километров, тектонического перекрытия окраины Восточно-Европейского континента покровами, состоящими из продуктов спрединга окраинных и междуговых бассейнов, а также островодужных вулканитов. Согласно этой модели, СГ-4 до глубины 6 км вскроет вулканогенно-осадочные комплексы верхней части
Тагильского прогиба, далее пересечет интрузивные образования Платиноносного пояса, метаба-зиты низов лландовери, мощную (порядка 3 км) пластину ультрабазитов, и, наконец, после 14 км войдет в отложения верхнего девона — нижнего карбона Восточно-Европейской плиты. Согласно другому варианту, СГ-4 пересечет весь разрез аллохтонной части прогиба, называемой автором
«Тагильским пакетом покровов», и, возможно, достигнет подстилающей кровли
Улсовско-Висимской зоны поддвига (Оз— D2 ).

Н. Г. Берлянд (ВСЕГЕИ) отдает предпочтение существенно габброидному варианту разреза, согласно которому в интервале 7—14 км предполагается вскрыть габброиды, сопоставимые с арбатским комплексом, выходящим на поверхность западнее СГ-4.

По К. П. Плюснину (ПГО «Уралгеология»), Тагильский прогиб является сложным образованием, которое формировалось на одних стадиях как грабен, а на других—как рамповая структура. В предложенной им модели большая роль отводится разновозрастным тектоническим нарушениям, разбивающим исследуемую часть прогиба на многочисленные блоки, что усложняет увязку вскрываемого скважиной разреза с поверхностными структурами и требует проведения систематических структурно-тектонических исследований.

В рифтогенной модели Л. И. Десятниченко (ПГО «Уралгеология») формирование эвгеосинклинального прогиба связано с интенсивным растяжением земной коры вдоль глубинного разлома, сопровождающимся постепенным заполнением формирующейся структуры раннегеосинклинальными образованиями боткой фундамента. В последующие этапы переработке подвергаются и ранние офиолитовые комплексы. Таким образом, под прогибом сохраняются лишь переработанные фрагменты допалеозойских комплексов, и перед скважиной стоит нелегкая задача идентификации агломерата гетерогенных образований.

Несмотря на то что практически все модели базируются, по существу, на одной и той же геофизической информации, в совокупности они выявляют разноречивость представлений о глубинном строении Урала. Исключая самую верхнюю часть прогиба, модели противоречат по всем более или менее существенным компонентам прогнозируемого разреза: его непрерывности или тектонической разобщенности, возможности пересечения скважиной тел габброидов и ультрабазитов, глубине и составу основания прогиба, перспективам вскрытия рудоносных комплексов, природе слоев, инверсии скоростей и др.

Можно сделать вывод ,что указанная разноречивость объективно и наглядно отражает не только состояние глубинных геолого-геофизических исследований на Урале, но и, в какой-то мере, всей геологии в целом. Нетрудно понять жизненную необходимость сверхглубокого бурения, поскольку только прямое проникновение в недра способно обеспечить теоретическую геологию и прикладные металлогенетические исследования фундаментальной фактографической основой, существенно освободив их от всякого рода условностей и фантазий.

Первоначально намеченную проектную глубину СГ-4— 15 км следует считать достаточно обоснованной. При этом скважиной должны пересекаться основные структурно-вещественные комплексы Тагильского прогиба, включая меланократовые образования нижней части разреза, и достигнуто надежное вскрытие фундамента с глубиной врезки до 1,5 км. По наиболее оптимистичным прогнозам (Ю. С. Каретин, В. С. Орлов), предполагающим относительно менее глубокое залегание фундамента прогиба, минимально необходимая глубина скважины может доставить 12—13 км. С учетом этого глубину 12 км можно определить как оптимальный рубеж, по достижении которого целесообразно рассмотреть вопрос о конечной глубине бурения скважины.

Прогнозные модели верхней части земной коры района Уральской СГ-

4 ( с упрощениями авторов)

Рис.3 а — фиксистская (геосинклинально-троговая), по Ю. С. Каретину, 1988; б—мобилистская, по В.Н.Пучкову, 1988 .

I — протоофиолитовая ассоциация, 2 — гранулито-базитовый комплекс архея, 3
— геофизический базальтовый слой, 4 — меланократовый фундамент; типы разрезов: I — Лемванский, II—Тагильский

5. Петрографическая характеристика горных пород

Эффузивные породы. Базальты и андезибазальты. Среди эффузивных пород лавовой фации могут быть выделены четыре разновидности, слагающие обособленные пачки.

Породы верхних трех пачек — андезибазальты — различаются количеством, размером и составом вкрапленников. В верхней пачке они имеют размеры в доли миллиметра, составляют до 5 % объема породы и представлены альбитизированным плагиоклазом и клинопироксеном. Породы второй сверху пачки преимущественно афировые, третьей — содержат от 20 до 50 % крупных
(до 4 мм) вкрапленников плагиоклаза, иногда образующих сростки, и единичные более мелкие вкрапленники клинопироксена и ортопироксена , замещенные хлоритом.

Основная масса андезибазальтов состоит из микролитов альбитизированного плагиоклаза, расположенных беспорядочно (участками субпараллельно) или собранных в сноповидные срастания, зерен клинопироксена, пылевидных выделений и скелетных кристаллов рудного минерала (магнетита—титаномагнетита) и продуктов изменения стекловатого мезостазиса — хлорита, эпидота, пренита. Для афировых андезибазальтов характерны обильные (до30 % объема породы) миндалины, в других разновидностях они единичны.

Базальты, слагающие четвертую сверху пачку, содержат вкрапленники плагиоклаза, клинопироксена и ортопироксена (псевдоморфозы хлорита и карбоната), составляющие от 20 до 50 % объема породы. Основная масса на
30—70 % состоит из микролитов плагиоклаза, в промежутках между которыми располагаются зерна клинопироксена и хлоритизированное и соссюритизированное стекло. Пылевидные выделения и мелкие кристаллы рудного минерала обычно приурочены к псевдоморфозампо ортопироксену. Миндалины, достигающие 2,5 см в поперечнике, редки.

Во всех разновидностях эффузивов в качестве вторичных минералов, слагающих миндалины, неправильные гнезда и жилки, встречаются хлорит, пренит, пумпеллиит, эпидот, кальцит, кварц, опал, альбит. Судя по высокой степени сохранности структуры пород и первичных минералов (клинопироксена, магнетита), а также составу и количеству вторичных минералов,метаморфизм пород соответствует пренитпумпеллитовой фации .

Вулканогенно-обломочные породы. Наиболее распространенный тип вулканогенно-обломочных пород (особенно до глубины 3 км) — тефроиды. Глубже
1870 м значительную роль играют вулканогенно-осадочные породы: туффиты различной размерности, туфопесчаники и туфоалевролиты. Туфы выделяются в виде маломощных слоев среди тефроидов по наличию мелких осколков стекла рогульчатых и серповидных форм, а также обломков со следами закалки, болееразнообразной степени окатанности обломков (от угловатой до среднеокатанной).

Тефроиды в основном кристаллолитокластические или литокластические, реже литовитрокластические и кристалловитролитокластические, среди туфов встречены и кристаллокластические разности. Цемент гидрохимический, поровый или соприкосновения, редко порово-базальный и базальный; состоит из пренита, карбоната, хлорита, пумпеллиита, эпидота, цоизита, кварца, бурого глинистого вещества, иногда гематитизирован. Тефроиды и туфы имеют однообразный базальт-андезибазальтовый состав обломков, лишь ниже 3683 м резко возрастает роль кислой кластики.

По степени метаморфизма обломки и цемент не отличаются от эффузивных пород верхней пачки. В вулканогенно-обломочных породах по сравнению с эффузивными среди новообразованных минералов в интервале до глубины 3000 м несколько возрастает (>10 %) роль пумпеллиита и эпидота, а глубже 3000 м — кальцита и кварца. Во всех породах литокластов клинопироксен обычно свежий, плагиоклаз представлен альбитом, часто сопровождающимся продуктами деанортизации, ортопироксен и оливин присутствуют в виде полных псевдоморфоз хлорита, эпидота, кальцита, халцедона.

Среди базальтов и андезибазальтов могут быть выделены разновидности со следующими парагенезами вкрапленников: СРх—PI; PI; OI—OPx—CPx—PI, PI—СРх (с преобладанием последнего), СРх. Породы различаются также размером вкрапленников, их количеством, структурой и составом основной массы, наличием миндалин.

Клинопироксен-плагиофировые андезибазальты и базальты содержат вкрапленники размером от долей до 1—2 мм, среди них плагиоклаз составляет от 5—10 до 25 %, клинопироксен — до 3—5 % объема породы. Встречаются разновидности с сериально-порфировой структурой, максимальным размером вкрапленников до 5—б мм и количеством вкрапленников плагиоклаза до 20—25, клинопироксена — до 10—15 %. Иногда оба типа вкрапленников образуют гломеры. Структура основной массы пород чаще гиалопилитовая или гиалиновая, реже интерсертальная; иногда отмечается флуктуационная текстура.