О генезисе гидрогеохимических инверсий

УДК 566.314 В. В. Хаустов

О ГЕНЕЗИСЕ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ ИНВЕРСИЙ

Глубинная дегазация Земли, при которой через разрез стратисферы проходят гигантские количества углеводородно-неорганического флюида на пути в гидросферу и атмосферу, активизирует магматизм, вулканизм, сейсмические явления, приводит к формированию гидротермальных месторождений, пополнению гидросферы ювенильным подтоком и др. На основе установленных закономерностей проявления эндогенной активности Земли от архея до кайнозоя в дегазации Земли выделяют две ветви: первая — монотонно угасающая общепланетарная дегазация, характерной чертой которой является постепенная локализация «очагов» дегазации от площадных в архее, ареальных в протерозое, до линейных в фанерозое и дискретных в кайнозое; вторая — импульсная интенсивная дегазация (плюмы) [1]. Источниками поступления мантийных флюидов могут служить как плюмы, так и интенсивные флюидные потоки, поднимающиеся вдоль зон разломов или региональных линейных метасоматических зон под избыточным флюидным давлением из астеносферы или нижних горизонтов литосферы. Эти флюидные потоки создают напряженные системы, которые могут функционировать длительное время — десятки и сотни миллионов лет [1]. Вода и углекислота являются основными компонентами мантийных летучих. Оценка водно-углекислой ветви глобальной дегазации дана в работах ряда исследователей. Так, А. Б. Роновым продемонстрирована быстрая (от десятков до тысяч лет) исчерпаемость резервуаров углерода атмосферы и гидросферы при изъятии его захоранивающимися в осадочных породах карбонатами и органическим веществом и восполнение этих резервуаров за счет углекислоты магматических, вулканических и гидротермальных процессов [2]. Опосредованные подсчеты производительности подтока ювенильных вод (учитывая, что прямое исследование глубинного потока недоступно), по интенсивности накопления водной массы Мирового океана (Р. Хорн, В. В. Орленок и др.); по количеству воды, содержащейся в базальтовом расплаве с учетом активности рифтогенеза (В. П. Зверев, В. Н. Холодов и др.); по масштабам необратимых или частично обратимых процессов, сопровождающихся разложением молекул воды (Е. В. Пиннекер, М. А. Мартынова, С. Л. Шварцев и др.) — 0,251015 ^ 3,601017 г/год. Несмотря на значительный разброс оценок все же очевидно, что рассматриваемый процесс достаточно масштабен. Так, под воздействием флюидов преобразуются породы литосферы, в том числе изменяются их реологические свойства (выяснилось, что глубинные флюиды оказались геодинамически активными), происходят гидрогеохимические и гидрогеодинамические изменения гидрогеосферы, особенно глубинных ее горизонтов. Таким образом, дегазация Земли и связанная с ней геофлюидодинамика имеют весьма важное значение для познания формирования гидросферы вообще и гидролитосферы в частности. Как справедливо отмечает В. А. Кирюхин [3], современные представления об этом глобальном процессе дают информацию о том, что вся гидросфера Земли имеет

© В. В. Хаустов, 2008

глубинное происхождение, а процесс генерации воды является средством доставки различных веществ для образования месторождений разнообразных полезных ископаемых и пополнения ресурсов гидросферы.

Что же касается состава ювенильных вод, то в современной научной литературе можно обнаружить абсолютно противоположные точки зрения: от ультрапресных до высококонцентрированного рассола. Намеренно избегая дискуссии по данной проблематике в настоящей статье, автор принимает как наиболее аргументированную и потому убедительную гипотезу М. А. Мартыновой [4], согласно которой образовавшаяся в мантии ювенильная вода обладает минимальной минерализацией. Отсюда следует, что при поступлении маломинерализованных ювенильных вод глубинные горизонты гидролитосферы должны неизбежно опресняться. И действительно, по мере проникновения гидрогеологических исследований на все большие глубины стало очевидным, что так называемые «аномальные» разрезы (залегание под минерализованными водами более пресных вод), отнюдь нередкое явление, более того, бывшие нормальные разрезы часто оказывались лишь элементом разрезов, которые в целом выглядели как аномальные [5]. В связи с этим вместо термина «аномальный» в практику вошло понятие «инверсионный» тип гидрохимического разреза.

Проблеме происхождения гидрохимических инверсий в гидрогеологической литературе уделяется большое внимание. Одни исследователи, сталкиваясь с этим явлением на практике, ищут ему объяснение в конкретной геологической обстановке, другие пытаются расшифровать природу инверсионных разрезов в целом — на более широком материале, чтобы выявить общие планетарные закономерности их образования (табл. 1).

Таблица 1

Гипотезы опреснения подземных вод глубоких горизонтов и формирования их химического состава

№ Гипотезы Авторы

1 2 3

1 Внедрение метаморфогенно-эндогенных вод В. А. Кротова, Е. С. Гавриленко, Г. П. Якобсон

2 Поступление газопаровых термальных флюидов с СО2 в зоны седиментационных рассолов Ю. А. Ежов И.А. Лагунова

3 Подток ювенильных вод из мантии М. А. Мартынова

4 Древняя инфильтрация маломинерализованных подземных вод в гидрогеологические структуры, содержащие рассолы В. А. Сулин, А. А. Карцев

5 Активная инфильтрация подземных вод из горных обрамлений гидрогеологических структур Н. К. Игнатович, В. Б. Порфирьев

6 Разбавление морских седиментационных вод растворами, отжатыми из осадочных пород Г. М. Сухарев, Е. А. Барс

7 Дегидратация глин в ходе их минеральных литогенетических преобразований Л. Н. Капченко, А. М. Никаноров, A. А. Карцев, B. Н.Холодов

1 2 3

8 Выделение кристаллогидратных вод при разрушении газовых гидратов Г. Д. Гинсбург, Г. А. Иванов

9 Дистилляция и конденсация водоуглеродных парогазовых смесей В. В. Колодий, Б. И. Султанов

10 Обратная геохимическая метаморфизация морской воды и рассолов «хлоридного» типа М. Г. Валяшко

Анализируя взгляды ученых на формирование гидрохимических инверсий, можно прийти к заключению, что в настоящее время существуют две принципиально разные точки зрения на природу рассматриваемого явления. Согласно первой из них, главной причиной опреснения пластовых вод в нижних частях разреза служат геохимические и гидродинамические процессы, происходящие в самом осадочном чехле артезианского бассейна [6-10]. В соответствии с другой точкой зрения основной фактор, формирующий гидрохимические инверсии — это подток глубинных газопароводных флюидов из-под фундамента [11-13]. Общим моментом, отмеченным большинством исследователей, является установленный на сегодня факт связи гидрохимических инверсий с разрывными тектоническими нарушениями в основном глубокого заложения. Это обстоятельство безусловно свидетельствует в пользу представлений о глубинном генезисе опреснителя, тем более, что низкоминерализованные воды во многих случаях залегают в форме «гидролакколита», в котором максимальное по площади и степени опреснение отмечается в подошве водоносного горизонта [14]. Современные термодинамические расчеты состава глубинного флюида, осуществленные для одного из месторождений термальных вод Исландии, а также Байкальского рифта подтвердили представление о глубинном флюиде, как о растворе, характеризующемся очень низкой концентрацией растворенных в нем солей [15,16]. Результаты термодинамических расчетов согласуются с данными анализов состава газовой фазы в породах и минералах ультраосновных ксенолитов, метеоритов, тектитов, лунном грунте, а также газовой фазы в базальтах океанических и материковых рифтов и лавовых озер, свидетельствующие о том, что процесс дегазации, сопровождающий образование базальтов при плавлении лерцолитовой мантии в условиях рифтогенеза характеризуется отсутствием кислых дымов, с которыми обычно связывают формирование солевого состава первичной воды [17].

Весьма важным моментом выявления природы гидрохимических инверсий является факт их локализации, т. е. приуроченность к вполне определенным структурам. Так, Ю. А. Ежов выделяет два типа инверсии. Первая — полная (общая) инверсия, свойственна молодым гидрогеологическим структурам альпийской складчатости (Предкавказский, Куринский, Западно-Туркменский, Предкарпатский, Закарпатский, Северо-Сахалинский артезианские бассейны), а также гидрогеологическим структурам эпигерцинских активизированных плит (Западно-Сибирский, Южно-Мангышлакский, Западно-Крымский артезианские бассейны) [11]. Вторая — частичная (неполная) инверсия приурочена к гидрогеологическим структурам областей более древней складчатости (Волго-Уральский, Прикаспийский, Печорский, Днепрово-Донецкий, Хатангский и другие артезианские бассейны) (см. рис. 1). Это весьма важное заключение, так как выясняется, что география распространения гидрохимических инверсий в подземных водах и поверхностных водоемах четко контролируется древними и современными рифтогенными структурами, на что впервые указала М. А.Мартынова [4].

Рис. 1. Распространение общей и частичной химической инверсии в артезианских бассейнах СССР [11] 1— границы гидрогеологических областей I порядка (по Н. В. Роговской, 1976 г.); 2 — границы артезианских бассейнов: 3 — артезианские бассейны, в которых зафиксирована общая гидрохимическая инверсия (I — Западно-Туркменский, 2 — Куринский, 3 — Восточно-Черноморский, 4 — Южно-Мангышлакский, 5 — Предкавказский, 6 — Западно-Крымский, 7 — Предкарпатский, 8 — Закарпатский, 9 — ЗападноСибирский, 10 — Северо-Сахалинский, 11 — Приташкентский); 4 — артезианские бассейны, в которых зафиксирована частная гидрохимическая инверсия (12 — Волго-Уральский, 13 — Прикаспийский, 14 — Днепровско-Донецкий, 15 — Печорский, 16 — Хатангский, 17 — Ангаро-Лснский, 18 — Аму-дарьинский, 19 — Сырдарьинский, 20 — Тургайский, 21 — Чу-Сарысуйский, 22 — Тункинский, 23 — Буреннский).

Из этого следует, что формирование инверсионных гидрохимических разрезов сопряжено с рифтогенезом, поскольку именно в условиях деформаций растяжения земной коры за счет эффекта декомпрессии в подкоровых глубинах создаются условия для возникновения магматических очагов, с которыми генетически связано образование глубинного водного флюида и, следовательно, ювенильной воды [18]. Главными каналами дегазации планеты являются рифтогенные структуры литосферы — палео- и современные рифты, которые В. Л. Сывороткин объединяет в единую планетарную систему и обосновывает единую природу современных меридиональных рифтов и древних складчатых зон того же простирания [19]. Рифтогенез в этих зонах, по его мнению, явление цикличное, по крайней мере в течении фанерозоя.

Таким образом, в свете современных представлений, гидрохимические инверсии более распространенное явление, чем считалось ранее. Они всегда приурочены к разрывным тектоническим нарушениям глубокого заложения раздвигового характера. Главная роль в формировании гидрохимических инверсий принадлежит ювенильному подтоку, как значимому процессу глобальной дегазации Земли.

Summary

Khaustov V. V. On genesis of hydrogeochemical inversions.

A rather important problem connected with findingout the formation of abnormal hydrogeochemical cuts is touched upon. Despite the abundance of hypotheses and variety of research it was not possible so far to explain adequately this phenomenon. The consideration of the problem from positions of taking into account the Earth global decontamination processes, a modern geodynamic situation and tectonic processes in the region investigated is suggested. Timed hydrogeochemical inversions in rift zones are established that allow to suppose the existence here of the zones of juvenile waters discharge. The necessity of the further investigation of juvenile solution discharge processes with the aim of the accurate definition of quantitative and qualitative characteristics of geo-fluid dynamic processes in the indicated regions is shown.

Литература

1. Летников Ф. А. Дегазация Земли как глобальный процесс самоорганизации // В кн.: Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ. М, 2002. 2. Ронов А. Б. Вулканизм, карбонатонакопление, жизнь (закономерности глобальной геохимии углерода) // Геохимия. 1976. № 8. 3. Кирюхин В. А. Региональная гидрогеология. СПб, 2005. 4. Мартынова М. А. О двух типах подземных вод эндогенного генезиса областей современного вулканизма // Гидрогеология и гидрогеохимия. Вып. 2. 1983. 5. Мартынова М. А., Часовникова Е. В. Гидрогеохимия // Уч. пособие. СПб., 1993. 6. Крайнов С. Р., Рыженко Б. Н., Швец В. М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты / Отв. ред. Н. П. Лаверов. М., 2004. 7. Лагунова И. А. Условия проявления и особенности формирования вод пониженной минерализации в глубоких зонах осадочных бассейнов // Сов. геология. 1979. № 2. 8. Безроднов В. Д. О происхождении инверсионной гидрохимической зональности в областях интенсивных тектонических движений // Докл. АН СССР. 1970. Т. 194. №2 4. 9. Колодий В. В., Куделъский А. В. Гидрогеология горных стран, смежных прогибов и впадин. Киев, 1972. 10. Равдоникас О. В., Певзнер В. С. Геологическое строение и перспективы нефтегазоносности Усть-Иртышской впадины Западно-Сибирской низменности / Труды всесоюзн. геол. ин-та. Нов. сер. 1960. Т. 33. 11. Ежов Ю. А. Закономерности распространения химических инверсий в подземной гидросфере // Сов. геология. 1981. № 1. 12. Розин А. А. Подземные воды Западно-Сибирского артезианского бассейна и их формирование. Новосибирск, 1977. 13. Посохов Е. В. Происхождение содовых вод в природе. Л., 1969. 14. Исмаилов К. А., Азизова Р М., КурбановаР А. К вопросу об инверсии гидрохимического разреза на Апшеронском полуострове (на примере Биби-Айбатского месторождения) // Нефт. геология и геофизика. 1969. № 7. 15. Кононов В. И. Геохимия термальных вод областей современного вулканизма. М., 1983. 16. Диденков Ю. Н., Бычинский В. А., Мартынова М. А., Ломоносов И. С., Тупицын А. А., Чудненко К. В. Структурно-гидрогеологические основы физико-химического моделирования процессов формирования гидросферы Байкальского рифта // Известия вузов Сибири. Сер. наук о земле. Вып. 8. 2005. 17. Грачев А. Ф., Мартынова М. А. О вероятном составе воды первичного океана // Вестник ЛГУ. 1980. № 12. 18. Мартыно ва М. А. Гидрогеологические аспекты тектоники литосферных плит // Роль подземной гидросферы в истории Земли. М, 1990. 19. Сывороткин В. Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М., 2002.