Геофлюидогеодинамика. Приложение к сейсмологии, тектонике, процессам рудо- и нефтегенеза

М.В. РОДКИН, Д.В. РуНДКВИст
ГЕОФЛЮИДОГЕОДИНАМИКА 
ПРИЛОЖЕНИЕ К сЕЙсМОЛОГИИ, 
тЕКтОНИКЕ, ПРОЦЕссАМ РуДО-  
И НЕФтЕГЕНЕЗА

Ì.Â. Ðîäêèí, Ä.Â. Ðóíäêâèñò
Ãåîôëþèäîãåîäèíàìèêà. Ïðèëîæåíèå ê ñåéñìîëîãèè, òåêòîíèêå, ïðîöåññàì ðóäî- è íåôòåãåíåçà: Ìîíîãðàôèÿ / Ì.Â.
Ðîäêèí, Ä.Â. Ðóíäêâèñò – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé
Äîì «Èíòåëëåêò», 2017. – 288 ñ.

ISBN 978-5-91559-240-6

Ìîíîãðàôèÿ Ì.Â. Ðîäêèíà è Ä.Â. Ðóíäêâèñòà ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì ðåçóëüòàòîâ ìíîãîëåòíèõ ðàáîò àâòîðîâ ïî èññëåäîâàíèþ ïðîöåññîâ ñåéñìîãåíåçà è òåêòîíèêè, ðóäî- è íåôòåãåíåçà.
 ìîíîãðàôèè ýòè ïðîöåññû òðàêòóþòñÿ â åäèíîì êëþ÷å, â èõ
ñâÿçè ñ ïðîöåññàìè ãëóáèííîãî ôëþèäíîãî ðåæèìà è ìåòàìîðôèçìà. Âàæíîñòü ðîëè ôëþèäà îáóñëîâëåíà òåì, ÷òî îí ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ìîáèëüíîé êîìïîíåíòîé ëèòîñôåðû, ïåðåíîñ÷èêîì
ðóäíûõ è Ó êîìïîíåíò, îáåñïå÷èâàÿ òåì ñàìûì ôîðìèðîâàíèå
ìåñòîðîæäåíèé, ïðè ýòîì âî ìíîãîì îïðåäåëÿþùèå õàðàêòåð
ôëþèäíîãî ðåæèìà çíà÷åíèÿ ïðîíèöàåìîñòè ÿâëÿþòñÿ ñèëüíî
èçìåí÷èâîé (íà ìíîãî ïîðÿäêîâ) õàðàêòåðèñòèêîé ëèòîñôåðû.
Âàæíîñòü ìåòàìîðôè÷åñêèõ ïðîöåññîâ îáóñëîâëèâàåòñÿ òåì,
÷òî ïðè òàêèõ ïðîöåññàõ ïðîèñõîäÿò íàèáîëåå ñèëüíûå èçìåíåíèÿ ñâîéñòâ ãîðíûõ ïîðîä (ïëîòíîñòè, òåïëîñîäåðæàíèÿ, èíûõ).
Îòñþäà èìåííî ôëþèäíûé ðåæèì è ïðîöåññû ìåòàìîðôèçìà è
îïðåäåëÿåò âî ìíîãîì  õàðàêòåð ãåîòåêòîíè÷åñêèõ ïðîöåññîâ,
ñåéñìè÷íîñòè, ïðîöåññîâ ðóäî- è íåôòåãåíåçà. Ñ ýòèõ îáùèõ
ïîçèöèé óäàåòñÿ  ðàçðåøèòü ðÿä èçâåñòíûõ òðóäíîñòåé â èññëåäóåìûõ îáëàñòÿõ ãåîëîãèè è ãåîôèçèêè.
Ìîíîãðàôèÿ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ñïåöèàëèñòîâ ïî ãåîëîãèè è
ãåîôèçèêå è ñòóäåíòîâ ñòàðøèõ êóðñîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ ñïåöèàëüíîñòåé.

© 2017, Ì.Â. Ðîäêèí, Ä.Â. Ðóíäêâèñò
© 2017, ÎÎÎ «Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», îðèãèíàë-ìàêåò,
îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-240-6

ОГЛАВЛЕНИЕ

В в е д е н и е   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
7

Глава 1. МЕХАНИЧЕСКИ ОСЛАБЛЕННЫЕ ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫЕ 
ЗОНЫ ЛИТОСФЕРЫ: ФАКТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, 
ИНТЕРПРЕТАЦИИ, НЕРЕШЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ  . . . . . . . . . . . . .  
12

1.1. Аномальные слои в литосфере Земли — основные положения. . .  
13

1.2. Проявления механически ослабленных зон  . . . . . . . . . . . . . . . . .  
19
1.2.1. Тектоническая расслоенность литосферы  . . . . . . . . . . . . .  
20
1.2.2. Геолого-петрологические данные о зонах текучести 
(характерные примеры) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
22
1.2.3. Сейсмическое строение зон текучести . . . . . . . . . . . . . . . .  
29
1.2.4. Реологические модели ослабленных зон  . . . . . . . . . . . . . .  
31

1.3. Иные проявления аномальной текучести горных пород . . . . . . . .  
39
1.3.1. Пояса потери прочности горных пород . . . . . . . . . . . . . . .  
39
1.3.2. Зоны развития «турбулентной деформируемости» 
горных пород. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
41

1.4. Проблема сейсмогенеза  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
42
1.4.1. Парадоксы сейсмичности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
42
1.4.2. Определяется ли сейсмичность уровнем тектонических 
напряжений? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
43
1.4.3. Структура очаговой области землетрясений . . . . . . . . . . . .  
50

1.5. Загадка глубокофокусной сейсмичности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
51

1.6. Фоновые и экстремальные значения проницаемости литосферы  
59
1.6.1. Фоновые и экстремально высокие значения 
проницаемости  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
60
1.6.2. Сейсмологические свидетельства высокой и быстро 
изменчивой проницаемости средней и нижней коры. . . . .  
63

1.7. Итоги. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
65
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
68

Оглавление
4

Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ 
ВЕЩЕСТВА ПРИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ — 
ЭКСПЕРИМЕНТ И ТЕОРИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
78

2.1. Типы и кинетика превращений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
80
2.1.1. Классификация превращений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
80
2.1.2. Кинетика превращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
81

2.2. Упругие свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
86
2.2.1. Экспериментальные данные  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
86
2.2.2. Модели описания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
90
2.2.3. Внутренняя структура твердых тел при превращениях . . . .  
97

2.3. Деформационные свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
100
2.3.1. Экспериментальные данные  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
101
2.3.2. Модели описания трансформационной 
сверхпластичности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
103

2.4. Некоторые другие виды аномалий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
110
2.4.1. Акустическая эмиссия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
110
2.4.2. Электропроводность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
111
2.4.3. Свидетельства потери деформационной устойчивости 
кристаллической решетки при фазовых переходах . . . . . . .  
111
2.4.4. Кристаллографическая текстура. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
113
2.4.5. Изменение характера разрушения 
при твердотельных превращениях  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
114

2.5. Основные выводы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
115
Литература   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
116

Глава 3. ФАЗОВАЯ И ФЛЮИДОМЕТАМОРФОГЕННАЯ (ФМ) 
МОДЕЛИ СЕЙСМОТЕКТОГЕНЕЗА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
120

3.1. Фазовая модель глубокой сейсмичности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
122
3.1.1. Температурный диапазон возникновения глубоких 
землетрясений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
122
3.1.2. Модель очага глубокого землетрясения  . . . . . . . . . . . . . . .  
123
3.1.3. Свидетельства в пользу фазовой модели сейсмогенеза . . . .  
129

3.2. Флюидометаморфогенная модель сейсмотектогенеза . . . . . . . . . .  
134
3.2.1. Флюидометаморфогенная (ФМ) модель коровой 
сейсмичности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
136
3.2.2. Проблема проницаемости литосферы  . . . . . . . . . . . . . . . .  
141
3.2.3. Модель механически ослабленного слоя  . . . . . . . . . . . . . .  
146
3.2.4. Наблюдение в пользу ФМ-модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
150
3.2.5. ФМ-модель и проблема прогноза землетрясений. . . . . . . .  
154

3.3. Резюме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
156
Литература   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
158

Оглавление

Глава 4. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПАРАМЕТРОВ СЕЙСМИЧНОСТИ 
В РАЗЛИЧНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ . . . . . . . . .  
163

4.1. Постановка задачи и используемые данные . . . . . . . . . . . . . . . . .  
164

4.2. Зависимости параметров землетрясений от глубины  . . . . . . . . . .  
168

4.3. Обсуждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
178

4.4. Основные выводы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
181
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
181

Глава 5. СЕЙСМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ В ОКРЕСТНОСТИ 
СИЛЬНЫХ СОБЫТИЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
183

5.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
184

5.2. Данные и методика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
185

5.3. Результаты анализа  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
189
5.3.1. Изменения интенсивности потока землетрясений . . . . . . .  
189
5.3.2. Изменения характеристик очагов землетрясений . . . . . . . .  
198
5.3.3. Свидетельства активизации глубинного флюидного 
режима в очаговых областях сильных землетрясений. . . . .  
205
5.3.4. Обобщенная окрестность глубоких землетрясений. . . . . . .  
208

5.4. Обсуждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
210
5.4.1. Физическая интерпретация  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
210
5.4.2. Применение к проблеме прогноза землетрясений  . . . . . . .  
213

5.5. Основные выводы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
213
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
215

Глава 6. ОЧАГ НЕФТЕОБРАЗОВАНИЯ КАК НЕРАВНОВЕСНАЯ 
ФЛЮИДОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
218

6.1. Постановка проблемы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
218

6.2. Модель неравновесного реактора, входные и выходные потоки . .  
223
6.2.1. Модельные требования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
223
6.2.2. Геодинамические обстановки возможной реализации 
схемы проточного неравновесного реактора  . . . . . . . . . . .  
225
6.2.3. Сопоставление модели с эмпирическими данными  . . . . . .  
227

6.3. Оценка вклада разных источников в составе МЭ нефтей, 
гетерогенность источников вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
231

6.4. Обсуждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
240

6.5. Основные выводы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
243
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
244

Оглавление
6

Глава 7. РУДНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ — СТАТИСТИКИ И 
ПОРОЖДАЮЩИЕ ФЛЮИДОГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. .  
247

7.1.  Постановка проблемы и исходные данные. . . . . . . . . . . . . . . . . .  
247

7.2. Законы распределения величин запасов и концентрации 
сырья в крупных рудных месторождениях  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
249

7.3. Расчеты корреляционной фрактальной размерности  . . . . . . . . . .  
255
7.3.1. Методика расчетов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
256
7.3.2. Значения размерности на разных масштабных уровнях  . . .  
258
7.3.3. Смешанные корреляционные размерности  . . . . . . . . . . . .  
263
7.3.4. Применение смешанных корреляционных размерностей 
для кластеризация точечных объектов . . . . . . . . . . . . . . . .  
267

7.4. Кластеризация рудных месторождений по методу Танимото  . . . .  
269
7.4.1. Постановка проблемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
269
7.4.2. Расчет меры близости месторождений разного вида 
на основе меры Танимото–Роджерса . . . . . . . . . . . . . . . . .  
270
7.4.3. Сравнение величин мер близости по методу Танимото 
и методом расчета корреляционной размерности. . . . . . . .  
272

7.5. Кластеризация месторождений, результаты  . . . . . . . . . . . . . . . . .  
274

7.6. Обсуждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
277

7.7. Основные выводы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
282
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
283

З а к л ю ч е н и е . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
286

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемая читателю книга является обобщением многолетних работ авторов по проблемам геофлюидодинамики в связи с 
процессами рудо- и нафтидогенеза, метаморфизмом и вопросами сейсмогенеза. Флюид является наиболее подвижной частью тектоносферы, 
он является переносчиком растворенного вещества и тепловой энергии 
и сильно влияет на физические и, в частности, реологические свойства 
вещества литосферы. В широком диапазоне температур флюид является 
также эффективным катализатором различного рода метаморфических 
превращений. Не удивительно поэтому, что проблемы флюидогеодинамики оказываются ключевыми при решении целого ряда задач геофизики 
и геологии.
Предлагаемая книга явилась результатом слияния трех ранее казавшихся независимыми направлений исследований. В аспекте проблем 
рудо- и нефтегенеза она развивает исследования по рудогенезу и геоинформатике, ранее наиболее полно отраженные в коллективной монографии (Рундквист и др. Крупные и суперкрупные месторождения рудных 
полезных ископаемых. В 3 томах, ИГЕМ РАН, 2006). Объединение этих 
представлений с положениями флюидогеодинамики и геостатистики 
позволило заметно продвинуться в развитии моделей процессов рудо- и 
нафтидогенеза. В плане собственно геофлюидодинамики и сейсмологии 
книга является развитием проблематики трех ранее вышедших монографий одного из авторов: изданной в 1989 году книги В.А. Калинина, 
М.В. Родкина и И.С. Томашевской «Геодинамические эффекты физикохимических превращений в твердой среде», монографии М.В. Родкина 
1993 года «Роль глубинного флюидного режима в геодинамике и сейсмотектонике» и книги М.В. Родкина, А.Н. Никитина и Р.Н. Васина «Сейсмотектонические эффекты твердофазных превращений в геоматериалах». 
М.: ГЕОС, 2009. В методологическом отношении книга использует и 
развивает наработки в области геоинформатики, геостатистике, методах 
исследования неравновесных динамических систем.

Введение
8

За годы, прошедшие после выхода перечисленных выше монографий 
практически по всему спектру затрагиваемых вопросов был получены 
важные новые результаты. Получение этих результатов было обусловлено, в первую очередь, увеличением объема данных сейсмического 
мониторинга, созданием крупных баз данных по затронутым областям 
геофизики, но также и развитием методов геостатистики и исследования 
динамических систем и распространением этих новых методов исследования на области рудо- и нефтегенеза.
Касаясь узловой в книге проблемы сейсмогенеза, вряд ли будет 
преувеличением сказать, что удовлетворительной физической модели 
землетрясения до сих пор не существует. Именно отсутствие ясного 
понимания физики процесса землетрясения отмечалось известным советским сейсмологом Н.В. Шебалиным в 80-х годах прошлого века как 
основное препятствие на пути исследования предвестников землетрясений и разработки метода достаточно точного прогноза землетрясений. 
В доминирующих на настоящий момент методах прогноза землетрясение 
рассматривается, по сути, как черный ящик, и прогноз базируется или 
на неких эмпирически выявленных регулярностях режима сейсмичности, 
либо на общих представлениях о развитии процессов неустойчивости. 
Авторы надеются, что им удалось продвинуться также и в развитии физических моделей сейсмогенеза.
Предлагаемая монография, естественно, не претендует на окончательное решение затронутых вопросов и, скорее, призвана отразить современное состояние исследований в рамках одного из возможных направлений. 
При этом, к сожалению, ввиду ухудшения здоровья Д.В. Рунд квиста, 
не все задумки по синтезу наших направлений исследования были воплощены в полной мере. Несмотря на такую незавершенность, предлагаемая монография не имеет аналогов в отечественной и иностранной 
литератур, хотя частично и пересекается с такими известными недавно 
опубликованными обобщениями и монографиями, как: Harlov, D., 
Austrheim, H. “Metasomatism and the Chemical Transformation of Rock 
The Role of Fluids in Terrestrial and Extraterrestrial Processes”. Springer, 
2013, «Frontiers in Geofluids». Bruce Y., Craig Manning, and Grant G. (Eds.), 
2011 и R.L. Rudnick (Ed.), “The Crust”, 2003. В русскоязычной литературе 
сравнительно недавно была опубликована монография И.Г. Киссина 
«Флюиды в земной коре: геофизические и тектонические аспекты», 2009; 
от этой последней предлагаемая монографии сильно отличается и в методологическом плане и шириной охвата (кроме коровых землетрясений 
и собственно флюидного режима нами рассматриваются также глубокие 

Введение

землетрясения, микроструктура и физика разломных зон и процессы 
рудо- и нафтидогенеза).
Кратко охарактеризуем по главам содержание предлагаемой читателю книги. В первый главе дается обзор существующих представлений о 
свойствах механически ослабленных высокопроницаемых зон в земной 
коре и в верхней мантии. При этом мы постарались особо выделить 
нерешенные и дискуссионные проблемы. Делается вывод о важности 
учета флюидного режима, процессов метаморфизма и их взаимодействия.
Во второй главе дается краткий обзор существующих представлений 
об особенностях физических свойств вещества в окрестности зон превращений. Данная глава, естественно, не претендует на сколь-либо полное 
освещение этого чрезвычайно сложного и недостаточно исследованного 
комплекса вопросов; авторы постарались осветить только некоторые 
аспекты проблемы, как нам кажется, наиболее существенные в плане их 
применения для интерпретации геофизических процессов.
В третьей главе дается описание авторских фазовой и флюидометаморфогенной (ФМ) моделей сейсмогенеза, претендующих на титул 
предварительных физических моделей глубокой и коровой (не приповерхностной) сейсмичности соответственно. Параллельно рассматривается ряд 
вопросов тектогенеза и проблемы проницаемости вещества тектоносферы.
В четвертой главе рассматриваются фоновые характеристики сейсмичности в разных термодинамических условиях (в первую очередь, в 
разных диапазонах глубины). На основании использования ряда более 
тонких характеристик землетрясений удается более детально, чем ранее 
дифференцировать характер сейсмического режима в разных геодинамических (термодинамических) условиях. Выделенные диапазоны 
сейсмичности отвечают приповерхностным условиям, области сильного 
влияния флюидного режима и области обусловленности землетрясений 
фазовыми превращениями вещества погружающихся литосферных плит.
В пятой главе на основе метода построения обобщенной окрестности 
сильного землетрясений рассматриваются комплексы предвестниковых 
и афтершоковых проявлений сильных коровых и глубоких землетрясений. Выявлен ряд новых аномалий, продемонстрирована важная роль 
флюидного режима при подготовке и реализации сильного корового 
землетрясения. Полученные результаты не оставляют места сомнению 
в существовании длительного процесса подготовки очага сильного 
землетрясения. Комплекс выявленных аномалий рекомендуется к использованию как идеальный образ предвестникового и афтершокового 
поведения.

Введение
10

Глубинный флюидный режим играет принципиально важную роль в 
процессах не только сейсмогенеза, но и нафтидогенеза. В шестой главе 
обосновывается позиция, что известные затруднения в понимании процесса нефтегенеза могут найти разрешение в рамках модели неравновесного проточного реактора, когда массовое образование нефти и формирование месторождений УВ реализуется на восходящих потоках водного 
флюида, формируемого при дегидратации пород в зонах надвига и в ряде 
других геодинамических ситуациях. Важная роль глубинного корового 
флюида весомо подкрепляется результатами анализа микроэлементного 
состава нефтей, в ходе которого показана важная роль нижнекоровой 
компоненты в формировании МЭ облика нефтей.
В последней седьмой главе описывается статистический анализ 
данных по крупным рудным месторождениям. Используемый нами при 
этом математический аппарат ранее в области анализа рудных месторождений практически не использовался. Применение такого подхода, 
заимствованного из области исследования динамических систем иной 
физической природы, позволило получить новые результаты по кластеризации рудных месторождений и выявить ряд неизвестных ранее 
эмпирических соотношений.
Все главы объединены единым методическим подходом трактовки 
исследуемых геофизических явлений в рамках идеологии неравновесных 
динамических систем с определяющей ролью флюидной компоненты 
как наиболее подвижной, и как эффективного переносчика вещества 
и энергии.
Монография предназначена для широкого круга специалистов: сейсмологов, тектонистов, специалистов по нефтяной и рудной геологии, 
геофизиков, а также специалистов по проблемам прочности и поведения 
вещества в условиях высоких давлений и температур и в окрестности зон 
твердофазных превращений.
Среди большого числа специалистов внесших свой решающий вклад 
в представленные в книге результаты авторы, прежде всего, хотели бы 
отметить В.А. Калинина, под общим руководством и при активном участии которого начинался цикл исследований по физике твердотельных 
превращений применительно к проблемам геофизики. В развитии этого 
направления исследований, прежде всего, в постановке уникального 
цикла экспериментальных исследований, огромна роль А.Н. Никитина. 
На отдельных этапах работы большой вклад внесли Б.В. Левин, А.В. Жариков, И.О. Баюк, В.Ю. Семенов, Р.Н. Васин, С.А. Пунанова, Б.М. Валяев, И.Н. Тихонов, И.С. Томашевская, Ю.Г. Гатинский, П.О. Соболев, 

Введение

А.В. Ткачев, С.В. Черкасов, Е.В. Сасорова, М.Ю. Андреева, Т.И. Иванкина, П. Мандал, Т.А. Рукавишникова, А.Р. Шатахцян, А.С. Слепнев и 
другие. В развитии исследований по статистике рудных месторождений 
(глава 7) значительную роль сыграли идеи по применению в геофизике новых математических методов А.Д. Гвишиани, С.А. Тихоцкого 
и С.М. Агаяна. В обсуждениях результатов на разных этапах работы 
важное участие принимали Г.А. Соболев, Б.М. Валяев, Г.М. Молчан, 
В.Ф. Писаренко и другие. Книга вряд ли была бы написана без большой 
технической помощи со стороны Т.А. Рукавишниковой. Всем им авторы 
выражают свою глубокую признательность.
На различных этапах работы исследования были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (гранты № 95-07-19378, 
98-07-90201, 01-05-64400, 02-05-64493, 03-05-64016, 06-05-64971, 09-0592655, 09-07-91051, 11-05-0066, 14-05-00776, 15-55-54016, 14-05-00866 и 
др.), фондами ИНТАС, Сороса и Программой поддержки Ведущих 
научных школ НШ1-5009.2006.5.

МЕХАНИЧЕСКИ ОСЛАБЛЕННЫЕ 
ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫЕ 
ЗОНЫ ЛИТОСФЕРЫ: 
ФАКТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, 
ИНТЕРПРЕТАЦИИ, 
НЕРЕШЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ

В первой главе рассматривается широкой спектр известных 
геодинамических и сейсмотектонических явлений, касающихся свойств 
выявленных в литосфере аномальных (предположительно, механически 
ослабленных, флюидонасыщенных и высокопроницаемых) зон. Такие 
зоны выделяются как области пониженных скоростей распространения 
сейсмических волн, повышенной электропроводности, сейсмической 
контрастности и высокой концентрации гипоцентров очагов землетрясений. Предполагается, что эти зоны являются также областями резко 
повышенной проницаемости, флюидосодержания и пористости литосферы. Именно такие зоны, в первую очередь, отвечают за процессы 
тектонические деформаций, сейсмичности, образование месторождений 
полезных ископаемых. Механизмы возникновения и функционирования 
таких зон, однако, не ясны. В настоящее время почти общепринято объяснение, связывающее такие зоны со слоями милонитов с повышенной 
пористостью и флюидосодержанием. Эта модель позволяет в рамках 
одного общего предположения о наличии флюида и развитии микрозернистости среды объяснить все наблюдаемые аномалии (сейсмического 
строения, электропроводности, изменений химического состава). Однако, 
как будет видно из дальнейшего обсуждения, ряд важных эмпирических 
закономерностей режима сейсмичности и строения глубинных ослабленных зон не находит вполне удовлетворительного объяснения в рамках 
таких представлений; модель представляется, в целом, довольно удачной, 
но требующей существенных дополнений.

Г Л А В А   
 
 1 

1.1. 
АНОМАЛЬНЫЕ СЛОИ В ЛИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ — 
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В геофизике, как и в других областях знания, конкретные 
факты рассматриваются обычно не сами по себе, а в рамках некоторых 
общих теоретических представлений. Поэтому описание свойств ослабленных зон в литосфере предварим описанием их основных моделей 
объяснения с указанием на возникающие при этом трудности. В средней 
и нижней коре и в верхней мантии Земли, и в активных и в пассивных 
регионах уверенно выделяются слои пониженных скоростей и повышенной электропроводности [Щукин, 1982; Klemperer, 1987; Киссин, 
1996; 2006; Ваньян, 1997; Киссин, Рузайкин, 1997; Павленкова, 1996; 
2006; Hyndman, Shearer, 1989; Каракин и др., 2003; и др.]). Согласно 
этим данным, довольно типичной чертой строения литосферы является 
существование субгоризонтальных слоев пониженных скоростей распространения сейсмических волн, повышенной проводимости и повышенной концентрации очагов землетрясений. Достаточно часто, когда 
имеются более детальные данные, выясняется, что эти аномальные слои 
совпадают — слои пониженных скоростей являются также и слоями 
повышенной электропроводности и повышенной сейсмичности [Киссин, Рузайкин, 1997; Рулев, 1999; Каракин и др., 2003; Киссин, 2006; 
Adam, 1987; Klemperer, 1987; Hyndman, Shearer, 1989 и др.]. Выявляется 
зависимость положения кровли развития сейсмически расслоенных и 
высокопроводящих зон земной коры от величины теплового потока. Глубины аномальных зон имеют тенденцию увеличиваться с уменьшением 
теплового потока или, соответственно, с увеличением возраста последней тектономагматической активизации. Расчеты глубинных температур 
указывают на приуроченность кровли области развития аномальных зон 
к значениям температуры в районе 300 °С.
Первоначально возникновение аномальных слоев в литосфере объяснялось процессами частичного плавления. Однако недостаточно высокие 
температуры в области развития большинства таких слоев заставляют 
отвергнуть такое объяснение. При этом в одном литосферном блоке 
может выделяться несколько аномальных слоев, расположенных в широком диапазоне глубин — от подошвы верхней коры до кровли мантии, 
что также не легко объяснить с позиций модели частичного плавления.
Другой, ранее широко используемой [Николаевский, Шаров, 1985; 
Павленкова, 1996; 2006 и др.], моделью объяснения появления подобных 
аномальных зон является модель В.Н. Николаевского [Николаевский, 
1982], в которой образование ослабленного слоя связывается с измене
1.1. Аномальные слои в литосфере Земли — основные положения

Глава 1. Механически ослабленные зоны литосферы
14

нием реологических свойств и характера разрушения геоматериалов с 
глубиной. Эта модель весомо подкреплялась экспериментальными данными по разрушению образцов горных пород при высоких РТ параметрах. 
Согласно этим данным, при давлениях в интервале 0.5–0.7 ГПа происходит 
изменение типа разрушения от хрупкого к псевдопластическому. Такое 
изменение типа разрушения отвечает глубинам 15–20 км и слабо зависит от характера литологического состава образцов и теплового режима. 
С этим изменением и связывалось развитие в земной коре зон интенсивной дилатансии, появление волноводов и механически ослабленных 
слоев. Однако ожидаемая в рамках такой модели глубина аномальных 
слоев ограничена довольно узким интервалом глубин средней коры, что 
затрудняет применение ее для объяснения генезиса всей совокупности 
ослабленных слоев, выделяемых на разных глубинах земной коры и 
верхней мантии. Примеров такой многоэтажности расположения аномальных слоев в литосфере довольно много, ограничимся указанием 
одной ссылки [Goleby et al., 2004]. Другое возражение против модели 
В.Н. Николаевского связано с подразумеваемым в этой модели предположением о практически повсеместном развитии в земной коре весьма 
высоких (до ∼1 ГПа) субразрушающих тектонических напряжений. Это 
не отвечает многочисленным данным о существенно более низком уровне напряжений в земной коре [Файф и др., 1981]. Умеренный уровень 
напряжений и достаточно быстрая на геологическом масштабе времени 
их релаксация в литосфере следует уже из расчетов, объясняющих наблюдаемое прогибание литосферы под действием локализованной нагрузки, хребтов, подводных гор, крупных ледниковых покровов. Ниже 
приводятся также и другие свидетельства в пользу невысоких средних 
значений тектонических напряжений в литосфере.
Широкое распространение имела в недавнем прошлом модель [White, 
Bretan, 1985], в которой тектоническая расслоенность литосферы объясняется различием реологических свойств вещества, слагающего различные горизонты земной коры и верхней мантии, в первую очередь, 
осадочного чехла, гранитного и базальтового слоев земной коры. Согласно данной модели, возникновение ослабленных слоев происходит 
на горизонтах, соответствующих изменению доминирующего состава 
вещества земной коры. Однако, как будет видно из дальнейшего, такой 
избирательности не наблюдается.
В ряде работ зоны высокой электропроводности связываются со 
слоями, обогащенными графитом, представляющим собою последнюю 
стадию переработки органического вещества в древних осадочных 
бассейнах; аномалии сейсмического строения при этом связываются