ГЛАВА 2. ПРИРОДА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ЗЕМЛИ
Прежде, чем приступить к построению геоэлектрических моделей земной коры и
верхней мантии региона необходимо обсудить вопросы, связанные с природой
глубинной электропроводности.
2.1. Электропроводность земной коры
Существует несколько представлений, объясняющих природу электропроводности
горных пород, слагающих земную кору и мантию, как для «аномального», так и для
«нормального» распределения в недрах Земли.
Хорошо известно, что по типу электропроводности вещество, следовательно, и
горные породы делятся на электролиты, диэлектрики (твердые электролиты),
полупроводники и металлы (причем, к ним примыкает и графит). В случае
низкочастотных (магнитотеллурических и магнитовариационных) исследований земной
коры наибольший вклад (скорее всего полный) в определяемые значения
электропроводности вносят ионные и электронные проводники.
Электропроводность горных пород и минералов в недрах земной коры, как уже
понятно, зависит от свойств породообразующих и в большой степени второстепенных
минералов, а также от степени пористости и проводимости флюидов, их связности,
минерализации и т.д.
Рассмотрим некоторые представления о природе электропроводности и ее
распределении в недрах земной коры.
2.1.1. Электронные проводники
Одна из них объясняет резкую неоднородность электрических свойств у
кристаллического фундамента присутствием электронопроводящих пород. К ним
относится особый класс естественных образований, высокая проводимость которых
обусловлена присутствием в них минералов и минеральных ассоциаций, обладающих
высокой электронной проводимостью. Их наиболее распространенными
представителями являются углерод- и сульфидсодержащие гнейсы и сланцы, в
составе которых присутствуют графит (r= 10-6 - 10-4 ОмЧм), углистое вещество,
пирит (r= 10-4 - 10-1 ОмЧм), пирротин (r= 10-5 - 10-4 ОмЧм), иногда шунгит. К
породам, содержащим магнетит и обладающим низким сопротивлением (4 - 15 ОмЧм),
относятся серпентиниты и серпентинизированные перидотиты, прошедшие стадию
метаморфизма низких давлений. Она характеризуется выделением токопроводящего
магнетита или титаномагнетита по границам зерен серпентинита или секущим их
трещинам.
По лабораторным данным [79] в зависимости от глубины и термобарических условий
определены наиболее вероятные породы некоторых зон высокой проводимости земной
коры. Это плотные песчаники с железистым цементом (150 - 350 0С),
графитсодержащие образования - гнейсы, сланцы, скарны (100 - 400 0С),
серпентинизированный комплекс ультраосновных пород (до 600 - 700 0С) и породы,
в которых присутствуют железистые карбонаты или продукты их переработки (200 -
700 0С).
Электронопроводящие породы характеризуются резко неоднородным распространением
и значительной анизотропией электрических свойств. Они могут проявляться либо
как горизонтальные неоднородности в виде узких протяженных зон, либо в виде
проводящих слоев, приуроченных к определенным типам геологических структур.
Биогенные графитовые проводники, вытянутые более чем на 10 км, могут
проявляются как реликты в зонах межконтинентальной коллизии, несмотря на
гранулитовый или эклогитовый метаморфизм.
Изотопное соотношение и другие геологические свидетельства указывают на то, что
графит имеет здесь органическое происхождение, хотя и не всегда. Например,
результаты глубинного бурения (KTB) показывают [80], что проводящие графитовые
жилы и зоны могут образовываться в течение высокой степени ретроградного
метаморфизма пород, содержащих несвязанные графитовые кристаллы.
Графит, содержащийся в первичных осадках, образовался в результате метаморфизма
керогена, и предполагается, что он является конечным продуктом прогрессивного
метаморфизма углей.
Образование графита из карбонатов хорошо известно при попытках получения
индустриального графита при температурах 20000C и более, что привело к
объяснению нахождения графита в континентальной коре.
В работе [81] рассмотрена проблема образования естественного графита и получен
результат, когда давление, напряжения сдвига или деформации создают условия для
графитизации при низких температурах. При высоком давлении до 1 ГПа графит
должен образоваться при температурах ниже 300-5000C и электропроводность
увеличивается на несколько порядков, в случае, когда графит образовывался из
антрацита. Графит находится на плоскостях скола, образуя связанные сети.
Может ли графит выкристаллизовываться из флюида? В процессе метаморфизма
происходит реакция между углеродсодержащей средой и водой, ведущая к
образованию СО2 и метана. Двуокись углерода приводит к образованию карбонатов.
Некоторая часть первичного углеродсодержащего вещества сохраняется в виде
графита, остальная часть вступает в реакцию с водой. Однако возможно, что
присутствие графита в областях сдвигов и сколов в минерализованных породах до
некоторой степени можно объяснить его выкристаллизацией из минерализованного
флюида в проницаемых областях. Однако, более вероятно, что присутствием графита
(остаток углеродсодержащего вещества осадочного происхождения) объясняется
наличие сколов и разломов, так как графит может служить смазочным материалом в
плоскости сколов.
2.1.2. Ионные проводники
Согласно другой точки зрения природа коровых аномалий электропроводности
связывается с особенностями флюидного (гидротермального) режима земных недр.
Поскольку электропроводность пород тесно связана с флюидным режимом и
современным строением земной коры и мантии, то высказаны предположения об
аномально высокой электропроводности коры на глубинах порядка 10 км, как
следствии ката
- Київ+380960830922