Лёд и Снег • 2014 • № 1 (725)
Подземные льды и наледи
УДК 550.4+551.328.2+552.54(571.56)
Геохимические особенности подземных текстурообразующих льдов алмазоносных районов Западной Якутии
© 2014 г. Л.П. Алексеева, С.В. Алексеев, А.М. Кононов
Институт земной коры СО РАН, Иркутск lalex@crust.irk.ru
Статья принята к печати 5 июля 2013 г.
Макро- и микрокомпоненты, минерализация расплавов подземных льдов, осадочные породы и кимберлиты, подземные текстурообразующие льды, редкоземельные элементы.
Ground ice salinity, macro-components and trace elements, rare earth elements, sedimentary rock and kimberlites, structure-forming ground ice.
Рассматриваются результаты изучения макро- и микрокомпонентного состава подземных текстурообразующих льдов в осадочных и магматических горных породах алмазоносных районов Западной Якутии. Кроме ранее установленных геохимических типов подземных льдов, обнаружены ещё два - сульфатно- и хлоридно-гидрокарбонатный. Специфика геохимии подземных льдов объясняется эволюцией взаимодействия в системе вода-порода в процессе многолетнего криогенеза горных пород и подземных вод. Промерзание обводнённого разреза приводило к формированию не только гидрокарбонатного, гидро-карбонатно-хлоридного и хлоридного типов льдов, но сульфатно-гидрокарбонатного и хлоридно-гидро-карбонатного. Источником поступления сульфат- и хлор-ионов в подземные воды зоны активного водообмена, которая существовала до похолодания, были вмещающие горные породы. Повышенное содержание микрокомпонентов во льдах по отношению к подземным водам зоны гипергенеза области многолетне-мёрзлых пород даёт основание предположить, что на первичный состав растворов значительно влияло подземное льдообразование. Форма профиля распределения редкоземельных элементов отличается от таковой для вмещающих пород, речных и океанских вод. Полученные результаты существенно расширяют наши знания о процессах льдообразования в скальных горных породах.
Введение
К настоящему времени опубликован обширный материал об общих и частных закономерностях подземного льдообразования. Однако степень изученности отдельных генетических типов льда далеко не одинакова. Особую группу занимают подземные льды, формирующиеся на больших глубинах в осадочных и магматических горных породах. С одной стороны, они представляют собой главный элемент строения многолетне-мёрзлых пород и определяют многообразие криогенных текстур; с другой — физико-химическое состояние подземных льдов отражает существо процессов преобразования состава подземных вод в криотермических условиях. В общем виде процессы льдообразования в породах с жёсткими кристаллическими связями анализируются в работах [5—7, 12, 21, 22]. Сведений об особенностях залегания, строения и химическом составе подземных текстурообразующих льдов достаточно
мало. Первые данные были получены при алмазо-поисковых работах, выполненных в центральной части Якутской алмазоносной провинции [1, 2, 17, 23]. В 2004—2010 гг. при доразведке коренных месторождений алмазов был собран уникальный фактический материал, позволивший авторам данной статьи дополнить и расширить представления о подземном льдообразовании в скальных горных породах.
Настоящая работа посвящена индикации и анализу основных геохимических особенностей текстурообразующих льдов. В основу исследований положена концепция о подземных льдах как о сложной физико-химической системе, формирование и эволюция которой представляет собой результат процессов криогенеза горных пород и подземных вод. Объекты исследований — Верх-немунский, Далдыно-Алакитский и Среднемар-хинский алмазоносные районы, расположенные на северо-востоке Сибирской платформы (рис. 1).
Рис. 1. Положение алмазоносных районов на Сибирской платформе: I — Верхнемунский, II — Далдыно-Алакитский, III — Среднемархин-ский; осадочные отложения: 1 - кембрийские, 2 - ордовикские, 3 - юрские, 4 - меловые, 5 - четвертичные; магматические породы: 6 - траппы, 7- кимберлиты
Fig. 1. Location of the diamond-bearing regions on the Siberian platform:
I — Verkhnemunskiy, II — Daldyno-Alakitskiy, III — Srednemarkhinskiy; sedimentary rocks: 1 - Cambrian, 2 -Ordovician, 3 - Jurassic, 4 - Cretaceous, 5 - Quaternary; igneous rocks: 6 - trapps, 7 - kimberlites
Методы исследования
Подземные льды изучены в пределах кимбер-литовых трубок и во вмещающих осадочных толщах палеозоя и мезозоя (рис. 2). Данные о криогенном строении горных пород получены при документации керна скважин, пробуренных с продувкой забоя сжатым воздухом, т.е. без примене-
ния промывочных жидкостей. Пробы текстуро-образующих льдов отбирались поинтервально с соблюдением методических рекомендаций по их взятию и подготовке к химическому анализу. Оттаивание льда проводилось в специальных полиэтиленовых пакетах, затем раствор фильтровался (МШроге, S 0,22 цт GV), переливался в пластико-
Рис. 2. Литологические колонки скважин, пробуренных в мёрзлых кимберлитах и осадочных породах Далдыно-Алакитского (а), Верхнемунского (б) и Среднемархинско-го (в) алмазоносных районов:
1 — суглинки с включением дресвы, щебня карбонатных пород и кимберлитов; 2 — песчаники; 3 — прослои аргиллитов и алевролитов; 4 — глинистые алевролиты и мергели; 5 — известняки и глинистые известняки; 6 — доломиты и глинистые доломиты; 7 — известняки с кимберлитовой брекчией; 8 — доле-риты; 9 — кимберлиты; 10 — место отбора и название пробы подземного льда (см. табл. 1)
Fig. 2. Lithological columns of wells drilled in the frozen kim-berlites and sedimentary rocks of the Daldyno-Alakitskiy (a), Verkhnemunskiy (б) and Srednemarkhinskiy (в): 1 — loam with carbonate and kimberlite grass; 2 — sandstone; 3 — in-terlayers of argillite and siltstone; 4 — clayey siltstone and marl; 5 — limestone and clayey limestone; 6 — dolomite and clayey dolomite; 7 — limestone with kimberlite breccias; 8 — dolerite; 9 — kimberlite; 10 — sampling point and name of ground ice sample (see Table 1)
вые бутылки и доставлялся в лабораторию. Макро-компонентный состав расплавов льда определялся в Институте земной коры СО РАН по стандартным методикам [15, 16], а содержание микроэлементов — в ЦКП Иркутского научного центра СО РАН методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).
Результаты и обсуждение
Геоморфологические особенности и геологическое строение алмазоносных районов. Верхнемунский алмазоносный район расположен в бассейне р. Муна (левый приток р. Лена). Рельеф района — поло-говолнистый с абсолютными отметками водоразделов 300—400 м. Верхняя часть геологического разреза представлена терригенно-карбонатными толщами среднего и верхнего кембрия и ордовика, прорванными кимберлитовыми трубками сред-непалеозойского возраста, а также пермскими и триасовыми интрузиями траппов. Мощность мно-голетнемёрзлых пород здесь составляет 240—287 м.
Далдыно-Алакитский алмазоносный район находится в бассейне верхнего течения р. Марха (левый приток р. Вилюй). Здесь рельеф представляет собой расчленённое плато с абсолютными отметками 600—700 м. Отдельные площади с траппо-выми массивами и участки локальных поднятий достигают больших высот. Структурно-денудационные равнины господствуют над морфострукту-рами аккумулятивного типа. Водоразделы имеют слабоволнистую поверхность; ширина отдельных из них измеряется несколькими километрами. Характерно наличие пологих протяжённых склонов. В платформенном чехле выделяются два структурных яруса, разделённых длительным перерывом в осадконакоплении: венд-нижнепалеозойский и верхнепалеозойско-нижнемезозойский. Первый вмещает кимберлитовые тела, второй их перекрывает. Венд-нижнепалеозойский структурный ярус сложен моноклинально залегающей карбонатной толщей венда, кембрия, ордовика и силура. Верх-непалеозойско-нижнемезозойский структурный ярус образован терригенными отложениями ка-менноугольно-пермского возраста, которые залегают на размытой поверхности нижнепалеозойского карбонатного цоколя. Магматические образования представлены трубочными, реже да-ечными и жильными телами кимберлитов среднего палеозоя, а также силлами долеритов пермо-триа-сового возраста. Мощность многолетнемёрзлых пород в районе изменяется от 70 м в долинах рек до 670 м на водоразделах.
Среднемархинский алмазоносный район приурочен к среднему течению р. Марха — к междуречью притоков Накын и Хання. Рельеф представляет собой эрозионно-денудационное пологоволнистое слаборасчленённое плато с широкими плоскими водоразделами и пологими склонами. Абсолютные отметки водораздельных пространств изменяются от 220 до 270 м. Глубина вреза составляет 40—60 м. В осадочном чехле, мощностью 3,5—4 км, выделяются венд-палеозойский и мезозойский структурные ярусы. Венд-нижнепалеозойский структурный ярус включает в себя терригенные, а также терри-генно-карбонатные породы кембрия и ордовика. Среднепалеозойский структурный ярус представлен траппами и кимберлитами. Терригенные породы мезозойского структурного яруса — нижнеюрские песчаники, глинистые алевролиты и аргиллиты, залегающие на терригенно-карбонатных породах нижнего ордовика и верхнего кембрия. Мощность многолетнемёрзлых пород в районе изменяется от 90 м в долинах рек до 400 м на водоразделах.
Генетические типы подземных льдов. Для формирования подземных льдов в осадочных и магматических горных породах необходимо, чтобы породы до начала промерзания содержали воду, способную кристаллизоваться в условиях естественного охлаждения. Размеры, форму, ориентировку и расположение прослоев льда определяет существующая сеть трещин в массиве горных пород. Установлено, что в Якутской алмазоносной провинции наибольшее развитие получили цементные и инъекционные подземные льды [23]. Они характерны для трещиноватых массивов, промерзавших в условиях полного водонасыщения (обводнения) ниже слоя годовых теплооборотов. Другие генетические типы подземного льда либо отсутствуют, либо имеют подчинённое распространение.
Цементные подземные льды в осадочных породах и кимберлитах формировались за счёт свободных подземных вод, проникавших до глубины 250 и даже 600 м. Этот процесс не ограничивался никакими други
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.