УДК 550.4;556
ЕЩЕ РАЗ О ВОЗМОЖНОСТИ ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ИЗМЕНЕНИЕ УРОВНЯ КАСПИЯ
© 2013 г. В. П. Зверев, И. А. Костикова
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук, Уланский пер. д. 13, стр. 2, Москва, 101000 Россия. E-mail: zverev@geoenv.ru
Поступила в редакцию 13.06. 2012 г.
Рассмотрены вероятные массопотоки глубинных флюидов Каспийского осадочного бассейна. Установлено, что все они, по крайней мере, на несколько порядков меньше массы воды, необходимой для подъема уровня Каспия на 1 см/год. Показано, что значительные изменения уровня Каспия в современную эпоху могут быть связаны только с активной реакцией осадочного чехла Каспийской впадины на различные тектонические напряжения консолидированного фундамента.
Ключевые слова: осадочный бассейн, седиментационные воды, массопотоки, геофлюиды.
Повышенный многолетний интерес к изменению уровня Каспийского моря, изолированного от Мирового океана крупнейшего внутреннего водного бассейна, обусловлен резким его подъемом в конце 70-х годов прошлого века после почти столетнего падения и неустойчивого режима. Объяснить этот феномен традиционными гидрологическими методами не удалось [18, 19], и к проблеме его возникновения обратились геологи, рассматривающие его с разных, часто противоположных [2, 8, 15, 24, 25, 40], а иногда, по мнению авторов, и абсурдных точек зрения [10].
Особенности развития Каспийского осадочного бассейна нельзя рассматривать в отрыве от эволюции Земной коры в целом. Показано [26], что осадочные бассейны представляют современные отрицательные структуры литосферы - впадины, заполненные осадочными породами, в пределах их современной конфигурации. Как и любая геологическая структура, они характеризуются определенной тектонической позицией и, что особенно важно для понимания рассматриваемой проблемы, образуют единую гидродинамическую флюидную систему.
Впадина Каспийского моря, под которой подразумевается территория, занятая акваторией моря, вытянута в меридиональном направлении, имеет длину около 1200 км и ширину - около 320 км. Ее площадь составляет 374 тыс. км2. Ее северная мелководная, с глубинами порядка 5 м, часть занимает около 80 тыс. км2. Средняя - представляет асимметричную котловину площадью 138 тыс. км2 и максимальной глубиной 788 м. Южная часть
Каспия представляет собой более глубокую (до 1025 м) впадину с крутыми западными и южными берегами. Ее площадь составляет 156 тыс. км2. Общая масса воды в Каспийском море достигает 0.78 х 1020 г [ 23].
Ориентировочный водный баланс Каспийского моря представлен в табл. 1 [27]. Отметим, что подземная составляющая баланса из-за ее малой величины отдельным пунктом в нем даже не выделена.
Каспийское море - самый крупный внутри-континентальный водный бассейн Земли, обладает основными чертами геологии дна Мирового океана и расположен на границе Европы и Азии. Акватория Каспийского моря в совокупности с примыкающими к нему пространствами Предкавказья, Прикаспия, Западного Казахстана, Туркмении, части Куринской впадины и небольшой части Северного Ирана представляет собой обширную, обладающую сложным внутренним строением область прогибания - внутриконти-нентальный осадочный бассейн. Этот ареал четко выражен как отрицательный элемент в суммарной структуре осадочного чехла и еще более четко - в рельефе поверхности фундамента.
Заложение Каспийской впадины [1, 3, 25, 36] относится к рифейскому времени. Начиная с раннего палеозоя она представляла одну из ветвей Палеотетиса, что позволяет достаточно уверенно допустить, что в это время происходило морское осадконакопление, сопровождавшееся аккумуляцией седиментационных вод, близких по составу
к Мировому океану. В результате позднепалео-зойского орогенеза произошла изоляция Прикаспийской впадины от океана Тетис, в которой в условиях жаркого климата в кунгурское время происходило накопление мощных толщ солей и связанных с ними высокоминерализованных се-диментационных вод. Важнейший этап эволюции региона относится к рубежу триаса и юры, когда вся территория региона была осушена, и в ее пределах существовал инфильтрационный гидрогеологический режим. К этому времени началось различное развитие отдельных частей региона: северная половина находилась в платформенном режиме, а на юге происходило раскрытие крупного окраинного морского бассейна Тетиса, се-диментационные воды осадков которого, несомненно, близки современной океанической воде. В меловое и раннепалеогеновое время большая часть региона была областью мелководно-морского осадконакопления. В конце эоцена - начале олигоцена в результате поднятий окружающих территорий произошло замыкание океанического бассейна, в результате чего формирование состава седиментационных вод стало отличным от открытых океанических бассейнов.
В последние десятилетия все большее внимание привлекают идеи о влиянии процессов преобразования вещества, реализуемых на границе литосферы и верхней мантии [5], на образование глубоких современных осадочных бассейнов. Е.В. Артюшков [4] считает, что образование глубоководной впадины Южного Каспия, как и ей подобных, началось с преобразования габбро нижних частей континентальной коры при нагревании и повышении плотности в гранатовый гранулит, переходящий в еще более плотный эклогит. Последний, постепенно погружаясь в мантию, обусловливал постепенное погружение консолидированной коры, что способствовало ее быстрому изостатическому опусканию и образованию глубоководных бассейнов.
Начиная с олигоцена в Южно-Каспийской впадине за 30 млн. лет накопилась мощная (до 25 км) глинистая толща, являющаяся основной средой накопления седиментационных вод различного состава. Их переход в свободное состояние определяет своеобразие гидродинамического режима (аномально высокие пластовые давления - АВПД, грязевой вулканизм) впадины.
На рубеже миоцена и плиоцена Северный и Средний Каспий подверглись полному осушению, что привело к образованию мощной (до 5-6 км) песчано-глинистой толщи на периферии ЮжноКаспийской впадины со значительно менее ми-
Таблица 1. Водный баланс Каспийского моря [27]
Параметры Количественные показатели
Период наблюдений 1940-1966
Объем озера, км3 78 200
Площадь водосбора, км2 3 100 000
Площадь озера, км2 374 000
Поверхностный приток, км3 289
Осадки на поверхность 92.0
озера, км3
Изменения уровня озера, км3 6.35
Сток, км3 10.8
Испарение, км3 372
нерализованными седиментационными водами, формирование которых с вариациями солености и состава продолжается и до настоящего времени. К раннему плиоцену (к началу позднего понта) относится и разделение Каспийского (тогда Туранского) и Азово-Черноморского бассейнов. Окончательное образование Каспийского озерного бассейна в современных границах произошло в начале голоцена.
Как отмечает Ю.Г. Леонов [26], существенное влияние на эволюцию осадочных бассейнов оказывает образование, состав и движение геофлюидов, в основном подземных седиментационных вод, являющихся главным агентом переноса и перераспределения вещества и тепла в осадочных бассейнах. В значительной мере эти вопросы рассматриваются гидрогеологией, подходы и методы которой несомненно должны быть использованы при изучении строения и эволюции осадочных бассейнов [13].
Подземные воды осадочных бассейнов по типу связи между жидкой и твердой фазами подразделяются на свободные, физически и химически связанные.
Свободные воды объединяют гравитационную воду и воду включений в минералах. Важнейшая особенность гравитационных вод - их способность к передвижению под действием силы тяжести и напорного градиента.
Физически связанная вода, содержащаяся преимущественно в глинистых породах, подразделяется на:
- воды переходного состояния между связанной и свободной, удерживаемой в породе за счет
Таблица 2. Количественная оценка подземных вод, содержащихся в осадочном чехле Каспийского бассейна
Мощность, км Объем осадков, 1021 см3 Масса осадков 1021 г Химически связанные воды Свободные и физически связанные воды Масса воды в осадочном чехле, 1020 г
вся по этажам содержание, вес.% масса 1020 г средняя пористость, % масса, 1020 г
Прикаспийская синеклиза 10.5 2.4* 0.10 1.14 3.15 0.36 22.32** 0.23 0.87
8.1 0.35 8.0 0.28
Эпигерцинская Скифско-Ту-ранская плита 6.0 2.4* 0.35 2.18 3.15 0.69 22.32 0.78 1.94
3.6 0.52 9.0 0.47
Альпийская складчатая область средней части Каспийского бассейна 12.5 0.52 1.30 2.85 0.37 6.06 0.32 0.69
Альпийская складчатая область южной части Каспийского бассейна 21.5 10 1.44 7.72 4.01 3.09 30.0 4.31 8.41
11.5 1.55 6.5 1.01
Каспийский осадочный бассейн 4.83 12.34 4.51 7.40 11.91
Примечание. * 2.4 км - средняя мощность осадочного чехла платформ на континенте. ** 22.32 - средняя пористость осадочного чехла континентальных платформ.
энтропийного фактора - осмотическими силами и поверхностным натяжением;
- воды, адсорбированные твердой поверхностью за счёт сил межмолекулярного взаимодействия дальнего порядка (полимолекулярная сорбция воды);
- воды, адсорбированные наиболее активными адсорбционными центрами поверхности.
Этим группам соответствуют примерно три критические температуры, обусловливающие массовый переход влаги из физически связанного в свободное состояние: 30-35, 55-70 и 80-90°С.
Химически связанные воды входят в структуру кристаллической решетки минералов и подразделяются на кристаллизационные и конституционные.
Конечные результаты оценки масс свободных и физически и химически связанных вод, содержащихся в осадочном чехле Каспийского бассейна и отдельных его геолого-структурных единицах, сведены в табл. 2 [16, 17].
Таким образом, из приведенных расчетов следует, что в осадочной толще Каспийского бассейна содержится 11.9 • 1020 г химически и физически связанных и свободных подземных вод, из которых на последние приходится почти 7.4 • 1020 г, что практически на порядок превышает массу воды Каспийского моря (0.78 • 1020 г). Следует также подчеркнуть, что существенно большая часть этих вод (5.3 • 1020 г) сосредоточена в Южной впадине Каспия. Количество химически связанных вод, перешедших в св
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.