Вертикальная зональность континентальной земной коры

УДК 551.24.03. + 550.8

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ

© Р.Н. Иванова1, А.П. Кочнев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Разрез земной коры включает 4 термодинамические зоны: экзозона, эпизона, мезозона и катазона. Структурный парагенезис каждого уровня характеризуется специфическим набором структурных форм, типом деформаций, степенью метаморфизма и деформированности пород. Показаны особенности деструкции пород, характерные для разных уровней земной коры. На базе синтеза различных геологических и геофизических данных предложена модель вертикальной зональности континентальной земной коры. Ил. 1. Библиогр. 25 назв.

Ключевые слова: метаморфические породы; деформация; термодинамические зоны.

VERTICAL ZONING OF CONTINENTAL EARTH'S CRUST R.N. Ivanova, А^. Kochnev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The section of the earth's crust includes 4 thermodynamic zones: exozone, epizone, mesozone and katazone. The structural paragenesis of each level is characterized by a specific set of structural forms, types of deformation, degree of met-amorphism and rock deformation. The article demonstrates the features of rock destruction typical for the different levels of the earth's crust. Based on the synthesis of different geological and geophysical data the authors propose a model of vertical zoning of continental earth's crust. 1 figure. 25 sources.

Key words: metamorphic rocks; deformation; thermodynamic zones.

В основу учения о тектонофациях положена идея формационного анализа в морфологической тектонике, как сравнительного структурно-парагенетического анализа внутреннего строения складчатых сооружений [16]. Методика тектонофациального анализа была разработана на примере изучения складчатых областей фанерозоя Казахстана. Затем были получены результаты расшифровки закономерностей пространственного развития, стереогенеза и других особенностей рудных тел с использованием метода тектоно-фаций на примере горнорудных районов Казахстана, Рудного Алтая, Урала, Якутии, Монголии и ряда других районов.

При разработке метода тектонофациального анализа Е.И. Паталаха с соавторами [16] было введено положение о наличии в земной коре трех зон с различными термодинамическими параметрами. Такой подход обеспечил усовершенствование методики обычного структурно-парагенетического анализа за счет рассмотрения конкретных парагенезисов в связи с обстановкой их формирования.

Развитие метода тектонофациального анализа, в частности, на основе изучения ряда районов Прибайкалья позволило выделить верхнюю часть эпизоны в самостоятельный слой вертикального разреза континентальной земной коры - экзозону [10].

Геологическими предпосылками выделения термодинамических зон является смена в вертикальном разрезе земной коры структурных парагенезисов, отражающих разные глубины, условия метаморфизма и характер деформации их формирования [3, 5, 7, 10, 13, 17, 19, 21, 24, 25]. Термодинамические условия, присущие каждой из выделенных зон, определяют реологическое состояние вещества, условия деформации пород и тип складчатости. На современном уровне целесообразно рассматривать четыре уровня термодинамического разреза земной коры: экзозона, эпизона, мезозона и катазона [10]. Они различаются по морфологии, генезису, условиям образования складчатости, характеру разрывных нарушений, парагенезисом мелких структурных форм.

Выделение в вертикальном разрезе разных термодинамических зон предполагает также обязательное использование данных геофизических исследований. Геофизические модели вертикальной зональности земной коры связаны с наличием поверхностей Конрада (К1, К2), Мохоровичича (М) и др., которые достаточно успешно изучаются как отдельными геофизическими методами (ГСЗ, МТЗ, сейсмотомогра-фия, гравиразведка), так и путем комплексирования различных методов.

Физическая природа выявленной неоднородности

1Иванова Раиса Николаевна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры прикладной геологии, тел.: 89148739508, e-mail: ivanova_rn@istu.edu

Ivanova Raisa, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor of the Department of Applied Geology, tel.: 89148739508, e-mail: ivanova_rn@istu.edu

2Кочнев Анатолий Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры прикладной геологии, тел.: (3952) 405349, e-mail: kochnev@istu.irk.ru

Kochnev Anatoly, Doctor of Geological and Mineralogical sciences, Professor of the Department of Applied Geology, tel.: (3952) 405349, e-mail: kochnev@istu.irk.ru

земной коры трактуется по-разному. Можно выделить несколько способов интерпретации изменения физических свойств пород земной коры и наличие достаточно четких разделов между зонами:

/ изменение состава пород с глубиной; / новые свойства пород при термодинамических изменениях (фазовые переходы);

/ различный характер напряженного состояния горных пород.

Вполне вероятно, что в природе на горные породы могут одновременно действовать факторы из разных групп. На основе обобщения данных сейсмического разреза континентальной земной коры и анализа структурно-вещественных комплексов [2, 4, 5, 6, 8, 10, 24] предлагается следующая модель соотношения физических границ и термодинамических зон (рисунок). Объединенным экзо- и эпизонам соответствует интервал скоростей продольных волн < 5,7 км/с. Разделить в масштабе данной модели эти зоны достаточно сложно, хотя по способу протекания деформаций и условиям метаморфизма эти зоны, несомненно, должны рассматриваться отдельно.

Мезозоне соответствует интервал со скоростями продольных волн от 5,7 до 6,4 км/с. Граница между мезозоной и катазоной соответствует поверхности К1, ниже которой скорость прохождения продольных волн увеличивается до 6,8 км/с.

Катазона ограничена сверху поверхностью К1, с которой совпадает фронт кристаллизационной сланцеватости. Нижняя граница катазоны - поверхность К2 (рисунок). Интервал, заключенный между поверхностями К1 и К2, должен быть сложен более легкими породами, чем интервал между поверхностями К2 и Мохо. Ранее В.В. Белоусовым и другими исследователями предполагалось, что именно нижний слой земной коры сложен более метаморфизованными и более основными по составу породами, которые представляют собой гранулит-базитовый слой.

В этой связи при четком разграничении структурных парагенезисов, которые соответствуют разным слоям, в составе катазоны можно выделить две подзоны - нижнюю и верхнюю.

Изучение пород катазоны выведенных на современный уровень эрозионного среза, показывает, что здесь наблюдаются как кислые, так и основные и смешанные типы вещественных комплексов. Во многих районах выделены и изучены образования метаморфического минглинга, в результате которого происходило внедрение вещества мантии в виде тел ба-зитов в матрикс синметаморфических гранитов [13, 18, 22, 23].

Обычные гнейсово-купольные структуры в верхних частях представлены более кислыми, а соответственно и легкими разностями пород. На более глубоком уровне при формировании купольных структур остается основное, тяжелое, тугоплавкое вещество. Сочетание пород существенно гранитного состава с основными и ультраосновными магматическими образованиями значительно утяжеляет земную кору и может четко отражаться в физических свойствах, что, по нашему мнению, проявлено в существовании проме-

жуточной поверхности К2 и других промежуточных границ, которые наблюдаются во многих геофизических разрезах в разных регионах [2, 6, 8, 23]. Кроме того, промежуточные границы могут быть созданы наличием пластовых тел основных магматических пород.

Предложенная модель вертикальной неоднородности континентальной земной коры первоначально была разработана только для Западного Прибайкалья, хотя принятые за основу данные о строении и мощности земной коры континентов Хайна В.Е., М.Г. Ломизе и др. учитывают геолого-геофизические разрезы континентальной земной коры многих регионов мира [24].

Анализ литературных, геокартографических материалов по геологии других районов показывает, что предположение о наличии вертикальной зональности земной коры широко используется разными исследователями [1, 2, 4, 9, 11, 12, 14, 15].

Так, в результате детального изучения разрезов кольской сверхглубокой и других скважин, С.Ю. Мила-новским была рассчитана модель теплогенерации для гранитогнейсового (12-20 км) и гнейсо-гранулитового (20-30 км) слоев докембрийской коры и самого нижнего (30-40 км) [13]. Анализ полученных данных позволяет заключить, что величина теплогенерации определяется неоднородным вертикальным строением континентальной коры. Кроме того, был проведен анализ геотермической, сейсмической, геоэлектрической, плотностной и петрологической моделей земной коры [20-22]. При сопоставлении Р-Т условий на границах Конрада и Мохо выявлено их соответствие границам прерывистого скольжения и дислокационной пластичности.

По Старостенко В.И., Куприенко П.Я. [20], изучение распределения плотности в объеме земной коры Украинского щита послужило исходными данными для оценки мощности «гранитного», «диоритового» и «базальтового» слоев земной коры (верхняя, средняя и нижняя кора). При анализе вклада каждого вещественного слоя в полную мощность коры выделено несколько основных типов земной коры Украинского щита.

Разноуровневые деформационные макроструктуры гранито-гнейсовых комплексов Урала детально описаны в работах А.Ю. Кисина [9]. Анализ глубинного строения неоархейского Волго-Уральского гранулито-гнейсового ареала Филипповой с соавторами также показывает наличие вертикальной неоднородности в земной коре, являющейся, по мнению данных исследователей, отражением плюм-тектоники [23].

По данным И.А. Александрова, структурные пара-генезисы метаморфических пород, закономерно сменяющие друг друга при рассмотрении строения земной коры сверху вниз, прослеживаются в Джугджуро-Становой складчатой области [1].

Далеко не полный перечень работ по данному вопросу показывает, что разработка модели вертикальной зональности земной коры является весьма насущной. Выделяемые разными авторами зоны в целом неплохо коррелируются между собой по соста-

Сопоставление сейсмического разреза и термодинамических зон земной коры континентального типа:

К1, К2 - обобщенные данные по глубине залегания основных сейсмических границ Конрада; М - поверхности Мохоровичича, приведены по В.Е. Хайну, М.Г. Ломизе, 2005; Vp - скорость прохождения

сейсмических волн, км/с

ву, основным физическим параметрам и глубинам залегания.

Для создания универсальной модели необходимо продолжить комплексное сопоставление геолого-геофизических исследований разных регионов, как на территории России, так и за рубежом. Подобная мо-

дель может быть полезна не только при анализе геологической истории развития конкретного региона, но и в прикладных целях для прогнозирования эндогенных месторождений, поисков углеводородного сырья и т.д.

1. Александров И.А. Метаморфические породы амфибо-литовой фации Джугджуро-Становой складчатой области (условия образования и состав протолитов). Владивосток: Дальнаука, 2010. 212 с.

2. Борисов С.О. Глубинные термодинамические условия и динамика коры Средней Азии. Ташкент: Изд-во «Фан», 1988. 96 с.

3. Вигинский В.А., Громин В.И., Чаицкий В.П. Тектонофа-циальный анализ эпизоны. М.: Геоинформмарк, 1999. 45 с.

4. Вольфский Б.С. Вероятные геофизические модели земной коры крупнейших структур Средней Азии. М.: Наука, 1991. 200 с.

5. Вотах О.А., Чабан Н.Н., Сизых В.И. [и др.]. Физико-химический принцип структурного анализа земной коры. Новосибирск, 1993. 35 с.

6. Гравитационная модель коры и верхней мантии Земли. Киев: Наукова Думка, 1979. 248 с.

7. Грубенман У., Ниггли П. Метаморфизм горных пород. Общая часть. М.-Л., 1933.

8. Копылов М.И. Комплексные геолого-геофизические модели литосферы юга Дальнего Востока // Актуальные проблемы геологии и геофизики. Ташкент: Изд-во «Фан», 2007. Т.2. С.42-45.

9. Кисин А.Ю. Общекоровая складчатость платформенных областей // Области активного тектогенеза в современной и древней истории Земли: мат. XXXIX тект. сов. М.: ГЕОС, 2006. Т.1. С.312-317.

10. Кочнев А.П., Иванова Р.Н. Вертикальная зональность континентальной земной коры Ольхонского региона // Известия Сиб. отд. секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка месторождений рудных полезных ископаемых. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. №2(37). С.83-92.

11. Лунина О.В., Гладков А.С., Неверов Н.Н. Рифтовые

ский список

впадины Прибайкалья: тектоническое строение и история развития / РАН. Сиб. отделение. Институт земной коры. Новосибирск: Изд-во «Гео», 2009. 316 с.

12. Лухнев А.В., Саньков В.А., Мирошниченко А.И. [и др.]. Новые данные о современных тектонических деформациях южного горного обрамления Сибирской платформы // Доклады РАН. 2003. Т.389, №1. С.100-103.

13. Милановский С.Ю. Кольская сверхглубокая - от поверхности к нижней коре // Связь поверхностных структур земной коры с глубинными: мат. XIV междунар. конф. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008. Ч.2. С.47-50.

14. Минц М.В. Глубинное строение и эволюция раннедо-кембрийской коры Восточно-Европейского кратона: данные по профилям 1 -ЕВ, 4В, Татсейс, ЭГГИ, FIRE-1, FIRE-4, ERSU-2003-2005 // Мат. междунар. науч.-практ. семинара «Модели земной коры и верхней мантии» (по результатам глубинного сейсмопрофилирования). СПб.: ВСЕГЕИ, 2007. С.106-109.

15. Митрофанов Ф.П. Эволюция земной коры, геодинамика и металлогения Кольского региона Балтийского щита // Связь поверхностных структур земной коры с глубинными: мат. XIV междунар. конф. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008. Ч.2. С.53-57.

16. Паталаха Е.И. Тектонофациальный анализ складчатых сооружений фанерозоя (обоснование, методика, приложение). М.: Недра, 1985. 169 с.

17. Радзиминович Н.А., Мельникова В.И., Саньков В.А., Леви К.Г. Сейсмичность и сейсмотектонические деформации земной коры Южно-Байкальской впадины // Физика Земли. 2006. №11. С.44-62.

18. Розен О.М., Федоровский В.С. Коллизионные гранитои-ды и расслоение земной коры (примеры кайнозойских, палеозойских и протерозойских коллизионных систем). М.:

Научный мир, 2001. Вып.545. 188 с.

19. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, Филиал «Гео», 2003. 244 с.

20. Старостенко В.И., Куприенко П.Я., Макаренко И.Б.[и др.] Основные типы земной коры Украинского щита по результатам оценки вклада каждого вещественного слоя в полную мощность коры // Связь поверхностных структур земной коры с глубинными: материалы XIV междунар. конф. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008. Ч.2. С.218-221.

21. Усов М.А. Структурная геология. М.-Л.: Гос. изд-во геологической лит-ры, 1940. 135 с.

22. Федоровский В.С. Геолого-структурные индикаторы коллапса коллизионной системы каледонид западного Прибайкалья // Геодинамическая эволюция литосферы Цен-

трально-Азиатского подвижного пояса (от континента к океану): материалы научного совещания. Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2003. С.254-257.

23. Филиппова И.Б., Минц М.В., Бабаянц П.С. [и др.] Глубинное строение неоархейского Волго-Уральского гранули-то-гнейсового ареала: свидетельства плюмовой природы гранулитового метаморфизма // Гранулитовые комплексы в геологическом развитии докембрия и фанерозоя: мат. II Рос. конф. по проблемам геологии и геодинамики докембрия. СПб.: ИП Каталкина, 2007. С. 357-361.

24. Хайн В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: КДУ, 2005. 560 с.

25. Шерман С.И. Методика изучения и анализа количественных параметров разломов литосферы. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. 60 с.

УДК613.5:551.32

МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СНЕЖНОГО ПОКРОВА РАЙОНА МО «ГОРОД СВИРСК»

© О.Л. Качор1, И.М. Сидоров2, Н.В. Чайка3, А.С. Шатрова4

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлены данные мониторинга снежного покрова за период 2012-2013 гг. в районе МО «город Свирск».

Определены As и тяжелые металлы до и после ликвидации Ангарского металлургического завода. В результате

исследований получены данные о снижении концентрации загрязняющих веществ.

Ил. 4. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: мониторинг; снег; почва; модель.

SNOW COVER POLLUTION MONITORING IN "TOWN OF SVIRSK" MUNICIPAL FORMATION AREA O.L. Kachor, I.M. Sidorov, N.V. Chaika, A.S. Shatrova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article presents the monitoring data of snow cover in the "Town of Svirsk" municipal formation area for the period from 2012 to 2013. The concentrations of As and heavy metals have been determined before and after the liquidation of the Angarsk metallurgical plant. The researches result in obtaining the data on the decrease of pollutant concentration. 4 figures. 1 table. 4 sources. Key words: monitoring; snow; soil; model.

Ангарский металлургический завод (АМЗ), располагавшийся в районе МО «город Свирск», с 1934 г. осуществлял производство компонентов боевых отравляющих веществ (адамсит, люизит) - триоксид. Золотосодержащие арсенопиритовые огарки отправлялись на медеплавильные заводы Урала. В 1949 г. производство было остановлено, основные фонды брошены бывшим владельцем (Государственный всесоюзный трест «Союзмышьяк» Главзолото Наркомата тяжелой промышленности СССР) без демонтажа и зачистки оборудования. На протяжении 70 лет пром-

площадка АМЗ оказывала крайне негативное влияние на объекты окружающей среды и население МО «город Свирск» [4].

В рамках Федеральной целевой программы «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013)», а также областной программы «Защита окружающей среды в Иркутской области» на 2006-2015 годы были проведены работы по ликвидации данного источника (рис.1, а,б).

1 Качор Ольга Леонидовна, кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: (3952) 405376, e-mail: oll_ka@bk.ru

Kachor Olga, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mineral Processing and Environmental Engineering, tel.: (3952) 405376, e-mail: oll_ka@bk.ru

Сидоров Игорь Михайлович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математики, тел.: 89641114149. Sidorov Igor, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department of Mathematics, tel.: 89641114149.

3Чайка Наталия Витальевна, аспирант, тел.: 89246374358, e-mail: odu38@mail.ru Chaika Natalya, Postgraduate, tel.: 89246374358, e-mail: odu38@mail.ru

"Шатрова Анастасия Сергеевна, студентка кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: 89648182660.

Shatrova Anastasia, Student of the Department of Mineral Processing and Environmental Engineering, tel.: 89648182660.