УДК 338.4; 502.7; 504.03; 540.75.

Скосарь Вячеслав Юрьевич

к.ф.-м.н., с.н.с.

СООБРАЖЕНИЯ СИММЕТРИИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ РАЦИОНАЛЬНОГО НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ

SYMMETRY CONSIDERATIONS IN SOLVING THE PROBLEMS OF RATIONAL USE OF EARTHS RESOURCES

Введение

Важнейшими задачами научного использования земных недр является поиск путей оптимального сочетания экономических и экологических интересов общества, экономическая оценка природных ресурсов, выбор наиболее эффективных вариантов использования природных ресурсов [1, 2]. Удовлетворить одновременно интересам человечества, которые чаще всего противоречат друг другу, не удастся наилучшим образом, если не учитывать и не использовать общие закономерности той области, где эти интересы имеют непосредственное приложение. Такой областью является, прежде всего, литосфера - земля, где заключены доступные нам полезные ископаемые. Так что речь пойдет о литосфере, о геометрическом расположении ее тектонических структур, об их симметрии, о динамической симметрии тектонических процессов. Это те общие закономерности области залегания полезных ископаемых, которые необходимо учесть при решении задач рационального использования земных недр.

1 Симметрия - общая закономерность объектов и процессов

Геологические образования, в том числе тектонические структуры, обладают определенным расположением и симметрией, несмотря на всю их сложность, которая нарушает и маскирует симметрию. Еще Михайло Ломоносов говорил о неразрывной связи между положительными и отрицательными элементами рельефа поверхности: "Ибо, когда рождаются горы, должны купно происходить и долы, и напротив того, долин происхождение есть горам рождение. Разность, что в первом случае горы окружаются долинами, во втором - долины горами" [3]. Нужно отметить в связи с этим редкую интуицию основателя отечественной науки. Оказалось гораздо позднее, что расширение учения о симметрии, предложенное академиком А.В.Шубниковым (1887-1970 гг.), включило понятия антиравенства и антиравных образов: горы, окруженные долинами, и долины, окруженные горами - их можно отнести к антиравным образам [4]. Тектонические структуры, такие как срединно-океанические хребты, а также горные хребты, обладают преимущественно билатеральной симметрией, т.е. наличием вертикальной плоскости симметрии, расположенной вдоль хребта. Складчатости обычно представляют собой регулярно повторяющиеся волнообразные изгибы пластов, и потому характеризуются трансляциями, перпендикулярными к простиранию складок. Вдоль же самих складок часто проходят плоскости симметрии. Имеются и др. примеры симметрии тектонических структур. Кроме классической симметрии, известной на примере кристаллических минералов, и вкратце упомянутой антисимметрии гор и долин, имеет смысл говорить о динамической симметрии в связи с развитием тектонических процессов во времени [4].

Симметрия любых объектов и процессов, будь то минералы, тектонические структуры, тектоника литосферных плит, или эффективная организация в деле природопользования, так вот, симметрия по своей сути отражает глубинные свойства этих объектов и процессов. Понятие симметрии, изложенное в "Физическом энциклопедическом словаре" (1984 г.), с учетом универсальной математической природы симметрии, гласит следующее: если законы, устанавливающие соотношение между характеризующими систему величинами, или определяющие изменение этих величин во времени, не меняются при определенных операциях (преобразованиях), которым может быть подвергнута система, то эти законы обладают симметрией (или инвариантны) относительно данных преобразований. Понятие динамической симметрии применяется, когда преобразования системы включают переходы между состояниями системы с различными энергиями. Обобщенная симметрия, как расширение учения о симметрии, включает случаи классической симметрии, лучше всего изученной на примере кристаллических минералов, динамическую симметрию, а также антисимметрию, цветную симметрию и пр. Применение соображений симметрии в недропользовании можно рассматривать как шаг на пути дальнейшей математизации горной науки.

Учет и использование свойств симметричности, как важных проявлений сущности объектов и процессов, должно позволить нам продвинуться на пути достижения гармоничного взаимодействия общества и природы, сочетания экономических и экологических интересов в использовании земных недр, выработать наиболее эффективные варианты эксплуатации природных ресурсов.

Поэтому представляет интерес задача разработки экономических и экологических вопросов недропользования с учетом геометрического расположения и симметрии тектонических структур литосферы, а также динамической симметрии тектонических процессов.

Вторая задача, которую также собирается затронуть автор, это экономическая оценка природных ресурсов, на которую может оказать сильное влияние учет динамической симметрии тектонических процессов, отражающей не только тектонику литосферных плит, но также интенсивность работы горячих флюидов, ответственных за происхождение полезных ископаемых.

Дальнейшей проработке этих задач и посвящена настоящая работа.

2 Современный уровень исследований

В настоящее время в геофизике и геологии теория тектоники литосферных плит претендует на доминирующее положение. Она уже сформировала некий каркас, в который укладываются теоретические представления о происхождении и размещении многих полезных ископаемых [5]. Поскольку указанная теория успешно развивается, то представляет интерес и далее прорабатывать задачи согласования этой теории с проблемой происхождения и поиска ископаемых, в частности, с учетом геометрического расположения и симметрии тектонических структур.

2.1 Рудные ископаемые

После исследований 40-60 гг. 20-го столетия, когда была обнаружена горячая вода (до 58 град.С) у дна Красного моря в зоне рифта, а в этой горячей воде были найдены весьма высокие концентрации железа, цинка и меди, достигавшие промышленных значений, возникло понимание, что размещение руд металлов может быть напрямую связано с рифтовыми зонами. Стало ясно, что при спрединге (расхождении плит) океанического или морского дна происходит дифференциация вещества мантии с выделением некоторых металлов. Металлы могут выделяться также при взаимодействии гидротермальных и вулканических флюидов с морской водой. Позже были получены подтверждения, что на срединно-океанических хребтах и вблизи них в осадочных слоях обнаруживаются высокие концентрации меди, свинца, цинка, железа, никеля, хрома, платины. Здесь их извлечение промышленными способами чаще всего затруднено. Но, в зонах субдукции при столкновении с континентальными плитами, они могут образовывать месторождения промышленного значения. При погружении плит в зоне субдукции постепенно происходит разогрев горных пород, и металлы могут переноситься вверх магматическими или гидротермальными процессами, достигая глубин, доступных промышленной разработке. Часто первой высвобождается ртуть, затем золото и серебро; за ними следуют медь, свинец и цинк, и в конце высокотемпературные металлы: вольфрам и молибден. Так что концентрация рудных металлов тесно связана с тектоникой плит: повышенная концентрация полезных металлов либо сосредоточена в рифтовых зонах рождения новой коры (где затруднена их добыча), либо в зонах субдукции (с добычей ископаемых), что хорошо иллюстрирует рис. 1 [5].

Рис. 1. Теория тектоники плит и образованием руд в зоне рождения новой коры (спрединга) и в зоне субдукции [5].

Эти выводы в настоящее время общеизвестны и нашли отражение даже в энциклопедиях по общей географии или геологии. Если совместить на карте расположение деструктивних границ литосферных плит (зон субдукции) [6] и планетарных рудных поясов [7], то мы получим хорошую корреляцию по геометрическому расположению и форме этих объектов (см. рис. 2).

Размещение рудных ископаемых в рудных поясах коррелирует с границами плит, особенно, с зонами субдукции, где одни литосферные плиты погружаются под другие. Но есть исключения: в Северной Америке рудный пояс в своей северной оконечности совпадает не с зоной субдукции, а с трансформным разломом между Тихоокеанской и Северо-Американской плитами. В Австралии рудный пояс вообще не совпадает с границей плит. Рудный Средиземноморско-Азиатский пояс в западной оконечности совпадает с трансформным разломом между Африканской и Евроазиатской плитами, а не с зоной субдукции, и в восточной своей половине не совпадает с известными границами плит. Впрочем, более свежие данные говорят в пользу существования границы между Евроазиатской и Китайской плитами [8], которая хорошо коррелирует с восточной частью рудного пояса. Эта граница отмечена на рис. 2 пунктиром, но характер ее достоверно еще не установлен.

Рис. 2. Планетарные рудные пояса и границы литосферных плит [6-8].

А теперь, об особенностях протекания тектонических процессов. По всей видимости, интенсивность тектонических процессов могла сильно изменяться на протяжении истории Земли, причем были периоды ее резкого возрастания. Достаточно хорошо о вероятности таких событиях рассказано в статье академика В.Е.Хаина [9], где обобщены многие данные геологии и палеонтологии, свидетельствующие о резких изменениях в прошлом Земли физико-географических и климатических условий на поверхности планеты. Наиболее вероятными причинами подобных изменений считаются, согласно вулканической гипотезе, крупномасштабные вулканические извержения, и, в соответствии с импактной гипотезой, столкновения с Землей крупного астероида или кометы. В пользу вулканической гипотезы более всего свидетельствует совпадение великих вымираний живых организмов во времени с массовыми излияниями платобазальтов, образующих трапповые поля (весьма большие территории, залитые огромным объёмом базальта в течение геологически короткого времени). А в пользу импактной гипотезы говорят такие факты, как совпадение во времени великих вымираний с: тонкими геологическими прослойками (границами между слоями), отличающимися необычно высоким содержанием иридия (который предположительно имел внеземное происхождение); с возрастом крупных ударных кратеров; с возрастом следов метеоритно-кометных бомбардировок (скоплений стекловидных шариков - капель ударного расплава, шоковых минералов с мелкими параллельными трещинами). Позднее оказалось, что вулканизм производит во многом сходное воздействие на окружающую среду. А в 2002 г., после проведения американскими учеными статистического анализа распространения во времени импактных событий, с одной стороны, и проявлений активности мантийных плюмов и вулканизма, с другой стороны, был получен коэффициент корреляции между всеми мантийными плюмами и импактными событиями, равный 0.9, и между наиболее интенсивными плюмами и импактными событиями - 0.97. Все это доказывает их тесную временную связь. А причинная связь могла выглядеть так: падение космических тел вызывало образование трещин в литосфере и излияние расплавов, причем эти трещины перерастали в рифты и оси спрединга, к которым приурочивались многие мантийные плюмы. Так что, импакты провоцировали мощный вулканизм и рост интенсивности тектонических процессов - образования новых литосферных плит и их перемещения. Любопытен еще и тот факт, что указанные катастрофические события имеют определенную периодичность, оцененную в рамках геохронологической шкалы, в 32-36 млн. лет для последних 250 млн. лет (мезозой и кайнозой), и отвечает циклам Штилле. Указанные циклы разделяют орогенические фазы, т.е. этапы тектонических процессов на обширных территориях в пределах внутриконтинентальных складчатых поясов [9].

Циклы Штилле демонстрируют длительное относительно спокойное развитие поверхности Земли, которое прерывалось глобально проявленными и относительно кратковременными эпизодами высокой тектонической активности, сопровождающейся складко- и горообразованием и усилением многих форм эндогенной активности планеты. Значит, вполне вероятно, что в такие эпизоды усиливалось воздействие гидротермальных и вулканических флюидов. Так что магматические и гидротермальные механизмы переноса некоторых рудных ископаемых могли действовать с гораздо большей мощностью, чем в спокойные периоды, например, чем в нынешнее время. Следовательно, и оценка запасов рудных ископаемых может быть скорректирована в большую сторону.

В виде отдельных исключений такие процессы, кажется, встречаются и сейчас. Например, в 2010 г. на "Белорусском геологическом портале" было опубликовано на русском языке сообщение из журнала "Science" о результатах недавней работы группы английских и американских геологов и геохимиков (отделение наук о Земле Имперского колледжа в Лондоне, отделение минералогии Музея естественной истории в Лондоне и отделение геологии Университета Миссури, Колумбия, США). Исследуя с помощью новой методики (объединенной лазерной и плазменной спектрометрии) состав газово-жидких включений в цинковых и свинцовых рудах, они обнаружили, что содержание металлов в материнском соленосном растворе было на два-три порядка выше, чем предполагалось раньше. Новая методика позволила подвергнуть анализу отдельные микровключения в непрозрачных рудных минералах, а не только в прозрачном кварце. Причем использовали точечный анализ образцов именно в самих рудах, а не в сопутствующих породах. Это дало оценку длительности формирования промышленных рудных залежей в несколько тысяч лет, а не миллионы лет, как представлялось прежде. Получается, что рудные залежи могут формироваться в геологически короткое время за счет гидротермальных потоков с аномально высоким содержанием металлов. Но остаются не ясны причины высокой насыщенности гидротермальных вод металлами, как отмечают сами исследователи [10].

2.2 Топливно-энергетические (горючие) ископаемые

Теория тектоники плит не может не оказать влияния и на наши представления о происхождении и размещении нефти, газа и угля. Так, известным геофизиком О.Г.Сорохтиным в 80-е годы 20-го века была выдвинута субдукционная гипотеза нефтегазообразования, согласно которой этот процесс начинался во время закрытия палеоокеанов [11]. Вероятно, в зонах субдукции происходило затаскивание в область высоких температур осадочных отложений, обогащенных органическим веществом, и там же были все условия для гидрогенизации органического вещества (каталитической реакции присоединения водорода) и образования нефти.

На "Белорусском геологическом портале" был опубликован на русском языке перевод с немецкого статьи 1986 г. [12]. Автор указанной статьи предлагал модернизировать представления о происхождении нефти, используя последние достижения теории тектоники плит, в частности, применительно к выявлению роли современных и древних континентальных окраин. В этих областях сосредоточены значительные месторождения. Была предложена реконструкция древних областей нефтегазонакопления для интервалов времени, соответствующих их образованию. Эта реконструкция, по мнению указанного автора, позволила не только установить сходство между разобщенными в настоящее время областями, но ранее взаимосвязанными; эта реконструкция имеет хорошие перспективы использования для прогнозирования нефтегазоносности малоисследованных территорий на современных платформах [13]. И здесь налицо важность анализа и учета геометрического расположения и связи тектонических структур, процессов их формирования и перемещения.

Академик В.Е.Хаин (1914-2009 гг.), автор фундаментальной монографии "Геотектонические основы поисков нефти" (1954 г.), много сделал для изучения связи между тектоническими процессами и нефтегазообразованием. В учебнике "Геология и геохимия нефти и газа. М.: МГУ, 2000" [14], соавтором которого является В.Е.Хаин, обобщены результаты по решению указанной проблемы. Важным результатом является обоснование понятия поясов нефтегазоносности (В.Е.Хаин, Б.А.Соколов) - обширных областей, пересекающих или обрамляющих материки, и протягивающихся вдоль глобальных тектонических структур. Такие пояса иногда подчинены континентальным окраинам и зонам перехода: континент-океан. Внутри поясов нефтегазоносности находятся нефтегазоносные бассейны, где реализуются условия образования, накопления, перемещения углеводородов и сохранность скоплений нефти и газа. Нефтегазоносные бассейны - это, предположительно, области устойчивого и длительного погружения земной коры, содержащей органические вещества. При погружении обеспечиваются условия нефтегазообразования. Выяснено, что наиболее благоприятные условия для создания нефтегазоносных бассейнов, как правило, реализуются в зонах сочленения различных типов земной коры: на стыках платформа-океан, подвижный пояс-платформа и пр. Нефтегазоносные бассейны складчатых и орогенных областей (межгорные и переходных зон) связаны с процессами столкновения и поддвигания литосферных плит. Пояса нефтегазоносности часто объединяют нефтегазоносные бассейны, однотипные по строению и характеристикам ископаемых [14].

Сравнивая рис. 2 в части расположения литосферных плит, и рис. 3, где указаны пояса нефтегазоносности, можно сказать, что корреляции между границами литосферных плит и поясами нефтегазоносности не столь очевидны, как для рудных ископаемых. Тем не менее, они есть. Это лучше видно на примере бассейнов подвижных поясов и такими границами, как зоны субдукции и трансформные разломы.

Рис. 3. Пояса нефтегазоносности и нефтегазоносные бассейны [14]

Далее. Поскольку условия прогрева органических веществ коры являются одними из важнейших для образования нефти и газа, то в настоящее время прорабатывается вопрос о механизме прогрева и роли флюидов. На первом этапе прогрева предполагаются внешние источники тепла, необходимого для преобразования органических веществ в углеводороды нефти и газа. Этими источниками, вероятно, являются тепловые потоки, вызванные процессами дефлюидизации мантийных диапиров. Считается, что мантийные (астеносферные) диапиры - это некие сводообразные выступы, сложенные высокотемпературной и низкоплотностной мантией, всплывающей из-под литосферы. Такой всплывающий объект способен вызвать растяжение в перекрывающих слоях коры, высокий тепловой поток и, возможно, спрединг (раздвижение плит или блоков) и базальтовый вулканизм. А уже на втором этапе действуют внутренние источники тепла - это разогретые флюиды, в том числе возникшие в результате дегидратации пород коры. Выделившаяся из пород коры горячая вода способна хорошо растворять углеводороды из нефтегазоматеринских пород и выносить вверх к месту накопления нефти и газа [14]. Но поскольку роль мантийных диапиров еще не совсем ясна, то и не совсем раскрыт аспект связи тектонических процессов и движения флюидов с необходимыми условиями прогрева.

О времени образования нефти и газа судят, исходя из времени образования элементов нефтегазоносного бассейна, которое сильно зависит от интенсивности тектонических процессов. Допуская, как уже сделано выше, более интенсивное протекание в прошлом Земли тектонических процессов в определенные периоды, и связанное с этим более мощное воздействие флюидов на органические вещества коры, мы опять придем к вопросу переоценки времени образования некоторых нефтегазоносных бассейнов в пользу более коротких сроков. Могут ли нефтегазовые месторождения формироваться в геологически короткое время? Оказывается, да. В "Вестнике РАН, 2009" опубликована интересная статья С.X.Лифшица [15]. Автор указанной статьи предложил модель нефтеобразования, согласно которой быстрое образование и миграция нефти к местам скоплений происходит в потоке сверхкритического флюида. В новой модели учитывается связь месторождений нефти и газа с наиболее проницаемыми зонами земной коры: глубинными разломами и рифтами, поскольку по этим зонам может разгружаться избыточное давление недр и внедряться глубинное тепло и магматические флюиды в осадочные отложения. В условиях земных недр главные компоненты глубинных флюидов - метан, углекислый газ и вода - находятся или могут находиться в сверхкритическом состоянии. Такая сверхкритическая среда, согласно современным представлениям, состоит из свободных молекул и многочисленных слабо связанных кластеров молекул. Расстояния между присутствующими в сверхкритической фазе молекулами и кластерами значительно больше, чем в жидкости, но намного меньше, чем в газах. Энергия взаимодействия молекул в кластерах невелика, зато скорости, с которыми отдельные молекулы входят в кластеры и покидают их, довольно высоки. Это определяет весьма низкую вязкость и высокую диффузионную способность сверхкритической среды. Сверхкритические среды очень хорошо растворяют водород, который тоже является одним из главных компонентов глубинных флюидов. Вода в сверхкритической среде приобретает повышенную химическую активность и может растворять даже плохо растворимые твердые вещества, в том числе, органические. В недрах Земли сверхкритический флюид дробит кероген (ассоциацию разнородных дендритных и тонкодисперсных органических остатков) на осколки, которые вместе с молекулами других органических веществ попадают в микропоры пород. Поскольку размеры таких осколков и молекул сопоставимы с размерами микропор в породе (50-100 А), то они испытывают деформационные напряжения, что инициирует механохимические реакции, разрыв С-С связей, аналогично разрушению полимеров при продавливании их сквозь узкие отверстия. Механохимические реакции в среде сверхкритического флюида, по мнению автора модели, приводят к возрастанию их скоростей в тысячи раз [15]. Грубо говоря, те процессы образования нефти, которые обычно считаются протекающими миллионы лет, могут в определенных условиях протекать всего лишь тысячи лет. Следовательно, оценка нефтяных запасов, основанная на современной интенсивности тектонических процессов и воздействия флюидов, также может быть скорректирована в большую сторону.

Перейдем к углю. Гипотеза угленосных поясов и узлов угленакопления была разработана еще академиком П.И.Степановым (1880-1947 гг.). Пояса углеобразования - это зоны, в пределах которых в определенные геологические периоды произошли главные накопления угленосных отложений и углей. Гипотеза П.И.Степанова дала хороший толчок сравнительному изучению угленакопления отдельных углеобразовательных эпох и периодов. И в настоящее время многие специалисты берут ее за основу для решения кардинальных вопросов углеобразования. Чаще угольные месторождения встречаются на платформах и в краевых прогибах - на участках соединения платформы и складчатой области. Вероятно, наибольшее значение имеют угольные бассейны, сформировавшиеся в орогенных условиях, в орогенных прогибах - в межгорных прогибах, в областях горообразования. Там находятся самые мощные осадки до нескольких километров с десятками и сотнями угольных пластов. Основной вклад в углефикацию органического вещества коры, считается, вносит региональный (геотермический) метаморфизм, когда внутреннее тепло Земли и давление вышележащих пород в течение миллионов лет превращают органические вещества в уголь. Выделяют еще магматермический метаморфизм (тепловое воздействие изверженных пород), гидротермический метаморфизм (воздействие гидротермальных вод), динамометаморфизм (высокое давление при невысокой температуре, действующее в областях интенсивного горообразования), сейсмометаморфизм и некоторые др. редкие виды метаморфизма [16].

Но, наверное, можно утверждать, что теория тектоники плит менее всего оказала воздействие на наши представления о происхождении угля, по сравнению с рудными ископаемыми, нефтью и газом. Не откроется ли здесь новая перспектива? Не удастся ли найти новые связи между расположением и симметрией тектонических структур, в частности, литосферных плит, и крупнейшими угольными месторождениями? Ведь если для угля (как автор исследования [12] это сделал для нефти и газа) проработать вопрос о реконструкции древних областей угленакопления для интервалов времени, соответствующих их образованию, то не поможет ли это установить сходство между разобщенными в настоящее время областями, но ранее взаимосвязанными? А ведь это может повысить эффективность прогнозирования малоисследованных территорий. Похоже, что российские ученые [17] движутся в указанном направлении, применив историко-тектонический принцип в основу классификации угольных бассейнов Северо-Востока России. Это означает, что исследователи попытались раскрыть направленность и стадийность развития земной коры рассматриваемого региона, с учетом особенностей ее современного строения. Кроме того, может оказаться, что учет влияния эпизодов высокой тектонической активности приведет к переоценке доли аллохтонных углей, вещество которых образовалось из остатков перемещенных водой растений, в сторону увеличения (а доли автохтонных углей, вещество которых образовалось из остатков растений на местах их произрастания, в сторону уменьшения). Ведь если Ломоносова не подвела интуиция, то именно такая переоценка вполне может произойти. А Михайло Ломоносов считал, что уголь "не что иное есть, как чернозем от согнития трав и листов рожденный, который в древние времена с плодоносных мест из лесов смыт дождем, сел как на дно в озера. Потом они высохли, или песком засыпаны стали, долговременной старостию ил затвердел в камень" [16]. Рассуждая в таком же ключе, как и по отношению к рудным ископаемым, нефти и газу, можно допустить следующее: если происходило более интенсивное протекание в прошлом Земли тектонических процессов в определенные периоды, и это сопровождалось мощным тепловыделением и потоками горячих флюидов, в том числе с выходом потоков на поверхность, то для образования углей не нужны были миллионы лет торфонакопления. Достаточно было относительно быстрого переноса растительного материала горячими флюидами к местам накопления этого материала. И уже в местах накопления, под действием повышенных температур, растительные остатки могли гораздо быстрее превратиться в уголь, чем в случае классического регионального (геотермического) метаморфизма. В литературе встречаются утверждения, что уголь при повышенных температурах и при некоторых условиях образуется весьма быстро. Например, в интернет-публикациях встречается ссылка на данные А.Б.Гуревич, О.И.Гавриловой (1985 г.), согласно которым:

- если температура при метаморфизме в интервале 50-350 град.С, то скорость углефикации весьма низкая, а длительность процесса составляет миллионы и десятки миллионов лет;

- если же температура при метаморфизме выше 200 град.С, а то и достигает 1000 град.С (такое может быть при контактовом метаморфизме), то скорость углефикации будет высока, а длительность процесса сократится до десятков тысяч лет, а то и до нескольких суток.

Учитывая новые данные, есть смысл задать следующий вопрос: возможно ли, что и в настоящее время под действием горячих флюидов в некоторых областях недр происходят процессы интенсивного образования рудных и горючих ископаемых (как это было при эпизодах усиления тектонических процессов в прошлом)?

3 Перспективы дальнейших разработок

Настал момент сказать о применении соображений симметрии к нашей проблеме. Давайте будем полагать, что зоны рождения новой коры на границах литосферных плит и зоны субдукции находятся в отношении антиравенства, являются антиравными образами. Мысленно переходя от одной зоны субдукции к другой, мы чаще всего обнаружим рудный пояс. Т.е. наличие рудного пояса инвариантно относительно перехода по зонам субдукции, а значит обладает симметрией в этом отношении. Если же мы мысленно перейдем к зонам рождения новой коры, то сразу же обнаружим отсутствие рудного пояса. Так проявляется антиравенство: наличие рудного пояса или его отсутствие. И, переходя, от одной зоны рождения коры к другой, мы не будем находить рудных поясов. Здесь также налицо инвариантность, т.е. симметрия в указанном смысле. Некоторые исключения, когда рудные пояса совпадают не с зонами субдукции, а с трансформными разломами (или предполагаемой границей), естественно истолковать следующим образом. В прошлом эти трансформные разломы (или предполагаемая граница между Евроазиатской и Китайской плитами) были зонами субдукции, где шли интенсивные процессы образования руд. Но в настоящее время изменился характер указанных границ между литосферными плитами. Так что намечается актуальность исследования возможности изменения характера некоторых границ между литосферными плитами: превращения зон субдукции в трансформные разломы. А это может повлиять на результаты реконструкции древних областей образования ископаемых для интервалов времени, соответствующих их образованию. Как уже говорилось, это может дать хорошие перспективы в прогнозировании наличия ископаемых на малоисследованных территориях.

А теперь обратим внимание на то, что в Австралии рудный пояс вообще не совпадает с границей плит. Налицо нарушение симметрии. Актуальность изучения рудного пояса в Австралии диктуется фактом нарушения симметрии. Здесь может быть открыта новая зона субдукции, в современном ее состоянии, или в геологическом прошлом. Еще более интересной может оказаться задача с предполагаемой границей между Евроазиатской и Китайской плитами.

Думается, что аналогичные соображения можно в той или иной степени применить и к горючим ископаемым, особенно - нефти и газу, где также просматривается инвариантность (симметрия), найденная для рудных поясов.

Требует дальнейшего анализа динамическая симметрия тектонических процессов и процессов образования полезных ископаемых. Представляется вероятным, что при переходе к эпизодам усиления тектонических процессов (что означает изменение состояния геологической системы в сторону большей энергии) должно происходить соответствующее резкое увеличение скорости образования рудных и горючих ископаемых, в том числе, аллохтонных углей, вещество которых образовалось из остатков перемещенных водой растений. Дополнительно требует объяснения наличие такого элемента симметрии, как трансляция во времени (на 32-36 млн. лет, в рамках нынешней геохронологии) указанных эпизодов - циклов Штилле.

Так что, применение соображений симметрии может дать хороший прогноз о наличии ископаемых на малоисследованных территориях, а также позволить сделать переоценку их запасов в большую сторону. Это позволит рациональнее размещать предприятия металлургического комплекса, нефтегазовой и угольной промышленности с точки зрения экономики страны и защиты окружающей среды.

Открывается еще одна интересная перспектива. Поскольку, например, нефтяные запасы заметно истощаются, и приходится искать возможности повышения извлечения нефти из уже выработанных залежей, расконсервировать старые скважины, а для этого применять новые технологии, то важной представляется правильная оценка экономической выгоды. Учитывая, что средняя нефтеотдача в Российской Федерации порядка 33 % (67 % нефти остается не извлеченной из недр в силу экономических причин при нынешних технологиях добычи), то увеличение степени извлечения нефти на 1 % равнозначно открытию месторождения с гигантскими запасами типа Самотлорского [18]. А ведь это спасет огромные территории земель, которые можно использовать под с/х нужды, не говоря уже об ограничении техногенного загрязнения. Но этот 1 % увеличения степени извлечения нефти может быть еще увеличен до больших значений за счет правильного прогноза "подпитки" выработанного месторождения за счет чрезвычайно высокой активности горячих флюидов в данном регионе. Т.е., при правильном прогнозе, будет произведен возврат к наиболее подходящим выработанным залежам и законсервированным скважинам.

Выводы

Учет свойств симметричности тектонических структур и процессов, в частности, процесса тектоники литосферных плит, а также действия горячих флюидов, ответственных за происхождение полезных ископаемых, может дать новый толчок в решении задачи оптимального сочетания экономических и экологических интересов общества.

Список литературы

[1] Арбузов В.В., Грузин Д.П., Симакин В.И. Экономика природопользования и природоохраны. Учебное пособие - Пенза: Пензенский государственный университет, 2004. - 251 с.

[2] Колесников С.И. Экономика природопользования. Учебно-методическое пособие. Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет, 2000. - 40 с.

[3] Ломоносов М.В. Полное собрание сочинений. Т.5. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1954. - 747 с.

[4] Шафрановский И.И. Симметрия в природе. Изд-е 2-ое. Л.: Недра, 1985. - 168 с.

[5] Аллисон А., Палмер Д. Геология: пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 568 с.

[6] Браун Д., Массет А. Недоступная Земля: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 262 с.

[7] Ананьева Е.Г., Мирнова С.С. Земля: Полная энциклопедия / Е.Г.Ананьева, С.С.Мирнова. - М.: Эксмо, 2011. - 256 с.

[8] Хаин В.Е. Силы, создавшие неповторимый облик нашей планеты [Электронный ресурс] / Режим доступа к публикации: http://www.evoluts.ru/2009-11-28-09-49-32/2009-11-28-10-47-59.html.

[9] В.Е.Хаин. О причинах великих вымираний и обновлений органического мира [Электронный ресурс]. Природа, 2004. - N6 / Режим доступа к журналу:

http://vivovoco.ibmh.msk.su/VV/JOURNAL/NATURE/06_04/HAIN.HTM

[10] Образование рудных залежей шло в сто раз быстрее? Белорусский геологический портал - Геология Беларуси [Электронный ресурс] / Режим доступа к публикации: http://geology.by/news/1323-2010-04-09-06-33-24.html.

[11] Сорохтин О.Г. Теория тектоники плит - современная геологическая теория// М.: Знание РСФСР, 1984.

[12] Kolbel В. Erdol-Tirdgas-Geologie und Plattentekto-nik. - Wiss.-Teohn.Infonnationsdienat., 1986, A 27, N 2, Р. 53-63. Геология, методы поисков и разведки месторождений нефти и газа. Зарубеж. опыт, 1987, вып.8, - С. 1-7.

[13] Геология нефти и газа и тектоника плит. Белорусский геологический портал - Геология Беларуси [Электронный ресурс] / Режим доступа к публикации:

http://geology.by/2009-03-17-11-19-52/603-2009-03-25-08-57-04.html.

[14] Геология и геохимия нефти и газа: Учебник / О.К.Баженова, Ю.К.Бурлин, Б.А.Соколов, В.Е.Хаин; Под ред. Б.А.Соколова. М.: МГУ, 2000. - 384 с.

[15] Лифшиц С.Х. Механизм образования нефти в сверхкритическом потоке глубинных флюидов [Электронный ресурс] / С.Х.Лифшиц // Вестник Российской академии наук, 2009. - том 79, N 3. - с.261-265. - Режим доступа к журн.: http://www.ras.ru.

[16] Голицын М.В. Мир солнечного камня: Сегодня и завтра ископаемого угля / М.В.Голицын, А.М.Голицын. - М.: Русский Мир: Жизнь и мысль, 2010. - 224 с.

[17] Тектоно-генетическая классификация угольных бассейнов Северо-Востока России [Электронный ресурс] / Г.А. Фандюшкин, А.И. Гресов. - Режим доступа к публикации: http://www.masters.donntu.edu.ua/2008/ggeo/khoruzhaya/bib8.htm.

[18] Максимов В.М. О современном состоянии нефтедобычи, коэффициенте извлечения нефти и методах увеличения нефтеотдачи [электронный ресурс] / Специализированный журнал "Бурение Нефти" -Режим доступа к журналу: http://burneft.ru/archive/issues/2011-02/6

Сведения об авторе:

Вячеслав Юрьевич Скосарь, к.ф.-м.н., с.н.с. ИТСТ НАНУ "Трансмаг", Днепропетровск.

Институт транспортных систем и технологий Национальной академии Украины, ул. Писаржевского, 5, г. Днепропетровск, Украина, 49005.

Статья опубликована в Научном вестнике МГГУ. - 2013. - N 7 (40). - C. 78-92 http://vestnik.msmu.ru/authors/author500.html#