Главная – Журналы – Геология и геофизика 2012 номер 12

Проведен комплексный анализ результатов геофизических и геохимических исследований с целью более полного понимания различных аспектов функционирования вулканов Камчатки. Представлены результаты изучения структуры земных недр под вулканическими дугами, выполненного методом сейсмической томографии. С помощью региональной томографии (масштаб — первые тысячи километров) обеспечивается информация о форме погружающегося слэба. Под Курило-Камчатской дугой наблюдаются существенные изменения угла погружения и толщины плиты, что может быть связано с различным балансом движущих сил субдукции. Среднемасштабный уровень томографических исследований продемонстрирован на примерах кальдеры Тоба на Суматре, влк. Мерапи на Яве и Центральных Анд. Для каждого случая выявлены пути питания вулканических дуг через низкоскоростные сейсмические аномалии, связывающие их с кластерами глубинной сейсмичности на верхней границе слэба. Третий масштабный уровень томографических исследований выявляет неоднородности в коре непосредственно под вулканами и позволяет изучать конфигурацию магматических очагов. Для примера рассмотрена сейсмическая модель под вулканами Ключевской группы. Представлена 4D сейсмическая модель, позволяющая проследить вариации структуры коры во времени за более чем десятилетний период и связать их с циклами активизации Безымянного и Ключевского вулканов. Обнаружено, что в периоды массовых извержений андезитовый Безымянный вулкан питается напрямую из мантийного канала, а базальтовый Ключевской — через сложную систему промежуточных камер. В связи с полученными сейсмотомографическими результатами проанализирован накопленный материал геохимических исследований по Ключевскому и Безымянному вулканам. Отмечено, что начиная с 1945 г. составы изверженных пород обоих вулканов постепенно сближаются по многим породообразующим и малым компонентам, в то же время по некоторым параметрам сохраняются различия. На протяжении последних тысячелетий параксизмальные извержения Безымянного приурочены к периодам возрастания доли высокомагнезиальных базальтов в продуктах извержений Ключевского. Различие трендов эволюции состава пород вулканов Камчатки рассмотрено с позиции как кристаллизационной дифференциации, так и наличия минералов-концентраторов в источнике, при этом подчеркивается важная роль титаномагнетита, ортопироксена, рутила, граната, плагиоклаза в концентрации некоторых элементов. С этой точки зрения проведено сравнение природных составов пород с ранее опубликованными экспериментальными данными. На основании комплексного анализа результатов томографии и геохимии выделено пять уровней становления расплавов под рассмотренными вулканами, причем количество и расположение магматических очагов различаются для двух типов андезитовых вулканов. Приведена оценка периодичности извержений по объемам и вариации состава вулканитов. Критически рассмотрены ранее проведенные оценки соотношения продуктов вулканизма по различным районам мира.

По материалам комплексных геолого-геофизических исследований, выполненных в последние годы на хр. Ломоносова и в зоне его сочленения с Евразийским шельфом, выявлены признаки утоненной (редуцированной) коры хребта (20—25 км) и его генетическая связь со структурами шельфовых областей. Сравнение параметров глубинных сейсмических разрезов шельфа и хр. Ломоносова подтверждает континентальную природу земной коры последнего. Анализ глубинного строения зоны сочленения хр. Ломоносова с прилегающим шельфом показывает существование генетической геологической связи между этими структурами и отсутствие признаков перемещения хр. Ломоносова в качестве террейна относительно шельфа. Дополнительные независимые подтверждения генетической связи хребта с прилегающим шельфом дают сейсмологические материалы. Хребет Ломоносова представляет собой погрузившийся до батиальных глубин в позднеальпийское время блок континентальной коры древней платформы, переработанной в процессе каледонской тектономагматической активизации с образованием нерасчленяющегося по сейсмическим данным докембрийско-каледонского фундамента (верхней коры) и эпикаледонского платформенного чехла. До позднего мезозоя этот блок и сопредельные с ним участки Восточно-Арктического шельфа развивались в платформенном режиме.

Представлены результаты исследования высокометаморфизованных силикатно-карбонатных пород (кальцифиров) из Иркутного блока (Шарыжалгайский выступ, юго-запад Сибирского кратона). На основании характеристик пород и данных по U-Pb возрасту, содержанию редкоземельных элементов и Hf изотопному составу циркона из кальцифиров установлено их происхождение и время образования. Кальцифиры формируют как самостоятельные фрагменты разреза, так и прослои в толще палеопротерозойских гранатсодержащих и высокоглиноземистых (кордиерит- и силлиманитсодержащих) гнейсов. Они образовались в результате метаморфизма терригенно-карбонатных осадков. Терригенная составляющая осадков соответствует породам различной степени зрелости — от аренитов и вакков до глинистых пород, что находится в соответствии с реконструкцией осадочных протолитов парагнейсов, доминирующих в метаосадочной толще. Петрогеохимические особенности кальцифиров и распределение в них РЗЭ с повышенными концентрациями легких лантаноидов по сравнению с «чистыми» карбонатными породами и отчетливой европиевой аномалией были унаследованы от терригенной примеси в составе известково-силикатных осадков. Диапазон модельного Nd возраста (2.4—2.7 млрд лет) кальцифиров и величины T_Hf(DM-2st) = 2.5—3.0 млрд лет для циркона из этих пород свидетельствуют о том, что карбонатонакопление сопровождалось поступлением терригенного материала, сформированного при эрозии коры как архейского, так и палеопротерозойского возраста. Циркон из кальцифиров по особенностям распределения РЗЭ и величинам Th/U отношения сопоставим с метаморфогенными цирконами. Предполагается, что исходно он имел детритовое происхождение и был перекристаллизован при высокотемпературном метаморфизме. Время метаморфизма терригенно-силикатных пород составляет ~ 1.87 млрд лет, что согласуется с ранее полученными оценками времени метаморфизма терригенных пород (1.85—1.86 млрд лет) и возрастом бадделеита из апокарбонатных метасоматитов (1.86 млрд лет).

Исследованы петрография, главный и редкоэлементный состав минералов из двух типов модальных метасоматитов (метасоматизированные перидотиты и пироксениты) из кимберлитовых трубок Удачная и Комсомольская-Магнитная (Якутия). Показано, что структурно- и химически равновесные метасоматиты А представлены набором наложенных минералов (флогопит + диопсид ± ильменит ± апатит ± ± сульфиды ± графит), имеющих свои характерные особенности основного и редкоэлементного составов. Концентрации редких элементов в гранате и клинопироксене из этих метасоматитов близки к таковым в гранате и клинопироксене из низкотемпературных зернистых перидотитов с наиболее высокими содержаниями редких элементов. Распределение существенной части редких элементов между гранатом и клинопироксеном из метасоматитов А и из обогащенных редкими элементами зернистых лерцолитов сходно с опубликованными экспериментальными значениями для минералов, сосуществующих с карбонатитовыми и базальтовыми жидкостями. Предполагается, что этот метасоматический процесс был близкоодновременен общему метаморфизму и кратонизации мантийной литосферы, а метасоматизирующими агентами были высокоплотные силикат-карбонатные флюиды-расплавы. Второй крупный процесс мантийного метасоматизма в литосфере Сибирского кратона связан со среднепалеозойским кимберлитовым магматизмом, инициированным Якутским термохимическим плюмом. Метасоматические минералы — Mg-флогопит + Cr-диопсид + хромит ± сульфиды ± графит — интенсивно замещают минералы первичного парагенезиса, особенно гранат. Эти реакционные метасоматиты характеризуются синусоидальным распределением редкоземельных элементов в гранате и отсутствием равновесия между гранатом и клинопироксеном. Предполагается, что реакционный метасоматизм в мантийной литосфере Сибирского кратона связан с поступлением астеносферных восстановленных флюидов на ранней стадии кимберлитообразующего цикла. Метасоматический графит образуется в метасоматитах обоих типов, что позволяет выделить древнюю и молодую эпохи алмазообразования в мантийной литосфере Сибирского кратона.

На примере Ингодинской системы малых озер (Забайкалье) сделана оценка роли двух ведущих процессов в концентрировании микроэлементов в небольших резервуарах: процесса взаимодействия вода—порода и эвапоритизации. Показано, что накопление таких элементов, как U, As, Se, Sb, Ge, не зависит от вида концентрирования. Увеличение их содержания имеет линейный характер по мере роста общего количества растворенных солей как в озерных, так и в питающих эти озера водах. К элементам, накопление которых контролируется главным образом процессами эвапоритизации, а максимальная степень концентрирования составляет три-четыре порядка, относятся Sc, V, Y, Th, REE и W. Только уран, вольфрам и редкоземельные элементы, содержание которых в озерах достигает n·100 мкг/л, потенциально представляют практический интерес.

В рамках работ по изучению трассы газопровода Ковыкта—Саянск—Иркутск на юге Сибирской платформы проведено изучение нескольких зон активных разломов. В их пределах зафиксированы сейсмогенные деформационные структуры позднекайнозойского возраста. Наибольшую интенсивность смещения и деформации имеют в разломной зоне в долине р. Биликтуйка. Результаты радиоуглеродного датирования захороненных почвенных горизонтов, выполненного для данного разлома, сопоставлены с сейсмологическими данными об отмечавшихся в данном районе землетрясениях, что позволило связать последнюю подвижку по разлому с историческим землетрясением 25 мая 1887 г.

В Южном Прибайкалье в первой половине 1912 г. отмечались сильные землетрясения, которые, вероятно, позднее спровоцировали выброс больших объемов газа (возможно, метана) в водную толщу оз. Байкал и в атмосферу в районе ст. Шарыжалгай Кругобайкальской железной дороги. Это явление наблюдалось в августе 1912 г. местными жителями в виде водяных столбов в несколько сажен высотой и нашло отражение в региональной прессе. Для поисков следов этого события зимой 2010 г. в районе исследования был отобран керн донных осадков на глубине 1300 м. В интервале 1—8.7 см колонки обнаружен однородный слой, возраст которого по данным ²¹⁰Pb датирования не выходит за пределы 100 лет. Отложения этого слоя характеризуются низкими содержаниями SiO_2биог. и в то же время повышенными концентрациями С_орг. по сравнению с подстилающими осадками. Кроме того, в них отмечаются значительное содержание наземных растительных остатков, пониженная численность створок планктонных диатомовых водорослей, повышенная доля бентосных и древних диатомей. Эти данные свидетельствуют о том, что рассматриваемый слой образовался в результате землетрясения 1912 г., а источником слагающего его материала в значительной степени являются береговая и мелководная зоны Байкала.

Приводятся результаты минералого-кристаллохимических исследований карбонатов голоценовых осадков одного из малых соленых озер, расположенных в сухостепном Боргойском районе Западного Забайкалья. В ансамбле хемогенных карбонатных минералов озерных осадков, представленных преимущественно Mg-кальцитами разной степени магнезиальности, с помощью метода математического моделирования XRD спектров идентифицированы Ca-избыточные доломиты, присутствие которых является показателем мелководного, плайевого характера озера. Установлено, что Mg-кальциты в осадках озера не образуют непрерывный ряд от низко- до высокомагнезиальных разностей, обсуждается причина обнаруженного пробела. Рассматриваются существующие в настоящее время взгляды на структуру низкотемпературных Mg-кальцитов и Са-избыточных доломитов и условия, при которых происходит их формирование в озерных осадках. Сопоставление карбонатной записи с данными литологического анализа, результатами определения стабильных изотопов (δ¹⁸О и δ¹³С) и распределением некоторых геохимических индикаторов климатических изменений, позволило воссоздать сложную историю эволюции оз. Верхнее Белое, определяемую климатом региона от послеледникового периода до современности.

Представлены результаты палеоклиматического анализа геотермических данных на Среднем и Южном Урале на различные интервалы времени. Реконструкция климатической истории последнего тысячелетия выполнена по данным из 44 скважин, амплитуда вюрм-голоценового потепления оценена по данным из двух глубоких скважин. Применялся метод инверсии в функциональном пространстве. Исследована разрешающая способность метода для реконструкции тех или иных климатических событий в прошлом. По результатам численного моделирования выбраны параметры, задающиеся априорно, и необходимая длительность периода, на который производится реконструкция. По результатам инверсии температура поверхности Земли в максимуме средневекового теплого периода в 1100—1200 гг. примерно соответствовала современной, а в минимуме малого ледникового периода примерно в 1720 г. была на 1.2—3 °C ниже современной. Последующее повышение температуры более отчетливо выражено в последнее столетие. Амплитуда вюрм-голоценового потепления, реконструированная по данным из двух глубоких скважин, составляет 10—11 °C.

Исходя из экспериментально измеренных показателей элементного состава, средних молекулярных масс и результатов спектрометрии ПМР рассчитаны средние структурные параметры молекул смол и асфальтенов, содержащихся в палеозойских нефтях ряда месторождений Тимано-Печорского нефтегазоносного бассейна. Количественные значения всех структурных параметров, характеризующих кольцевой состав, и характеристик алифатических фрагментов молекул смолисто-асфальтеновых компонентов изученных нефтей не выходят за рамки интервалов, установленных ранее для высокомолекулярных соединений из нефтей других нефтеносных бассейнов.
Средние структурно-групповые характеристики смол, содержащихся в нефтях из карбонатных коллекторов, колеблются в очень узких пределах практически вне зависимости от возраста и глубины залегания вмещающих пород.
Смолистые фракции нефтей, залегающих в терригенных горизонтах, симбатно обогащаются парафиновыми и обедняются нафтеновыми фрагментами молекул с глубиной, свидетельствуя о парагенезисе нефтяных углеводородов и гетероатомных соединений в недрах.