ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2014, № 1, с. 52-59
УДК 551
ИЗОТОПНЫЕ СИСТЕМЫ СТРОНЦИЯ И КИСЛОРОДА В ВОДАХ ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ ТАМАНСКОГО ПОЛУОСТРОВА
© 2014 г. М. И. Буякайте, В. Ю. Лаврушин, Б. Г. Покровский, О. Е. Киквадзе, Б. Г. Поляк
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: bujakaite@ginras.ru Поступила в редакцию 18.02.2013 г.
В 10 из 11 проанализированных проб вод грязевых вулканов Таманского полустрова отношения 87Sr/86Sr находятся в пределах 0.70734—0.70957, которые практически совпадают с интервалом, характерным для осадочных карбонатов мезозойского и кайнозойского возраста, но резко отличаются от Sr/86Sr в глинистых отложениях майкопской серии (0.7157 ± 0.0022). Эти данные свидетельствуют об определяющем влиянии на изотопный состав Sr карбонатных коллекторов и относительно малой роли элизионных растворов. Влияние последних заметно лишь в воде вулкана Гладковский (87Sr/86Sr = 0.71076). Высокие значения 518О в грязевулканических водах (до 14.2%е) также могут интерпретироваться как результат изотопного обмена с осадочными карбонатами при температурах порядка 150°.
DOI: 10.7868/S0024497X13060025
Механизмы формирования грязевых вулканов и источники грязевулканических флюидов обсуждаются на протяжении многих десятилетий. Согласно наиболее распространенной точке зрения, грязевой вулканизм тесно связан с процессом преобразования органического вещества в осадочном чехле и формированием месторождений нефти и газа [Губкин, Федоров, 1938; Холодов, 2002], хотя существуют определенные разногласия о глубинах, на которые распространяются грязевулканические системы. Геологическим признаком положения корней вулканических аппаратов считается возраст обломков пород и гря-зевулканической брекчии. В ранних работах считалось, что брекчия таманских вулканов не содержит пород древнее майкопских [Авдусин, 1948; Белоусов, Яроцкий, 1936]. Однако позднее было установлено, что в выбросах многих вулканов встречаются фрагменты и более древних отложений — эоценовых, палеоценовых, меловых и даже верхнеюрских [Шардаров и др., 1962]. Обломки нижнемеловых пород, по петрографическим данным (без подтверждения хроностратиграфиче-скими определениями), были отмечены в брекчиях вулканов Семигорского, Шуго, Гладковского, Северо-Ахтанизовского, Кучугурского, Карабе-товой горы, Гнилой, Миски и Сопки. На вулкане Шуго изотопным датированием определен нижнемеловой возраст обломков глауконитовых песчаников — 120 млн лет [Шнюков и др., 1986]. Впрочем, стоит отметить, что возраст брекчий далеко не всегда устанавливался биостратиграфическими или радиометрическими определениями, а по одним литологическим признакам точную стратиграфическую привязку сделать трудно.
По мнению В.Н. Холодова [2002], очаги грязевых вулканов чаще располагаются в глинистых толщах, которые слагают верхние ~5 км осадочного чехла, и питаются преимущественно элизи-онными растворами, образующимися при переходе смектита в иллит. В работе В.Н. Холодова [2002], вместе с тем, приводились данные геофизических исследований, согласно которым корни вулканов уходят на значительно большую глубину. Высказывалось также предположение, что гря-зевулканические системы (в том числе и Таманского полуострова) представляют собой каналы разгрузки глубинных углеводородных флюидов [Ковалевский, 1940; Валяев и др., 1985; Валяев, 1994 и др.], однако присутствия в них магматоген-ной составляющей, маркируемой мантийным гелием, обнаружено не было [Лаврушин и др., 1996].
Изучение изотопного состава кислорода и водорода в водах грязевых вулканов показало, что они заметно отличаются от атмосферных осадков и поверхностных вод региона [Лаврушин и др., 2005]. Было высказано предположение, что сильное (до 10%с) обогащение вод некоторых вулканов 18О является следствием активных геохимических процессов, происходящих в системе вода-порода, например, процесса преобразования смектита в иллит, а широкие вариации изотопного состава кислорода обусловлены смешением элизионных и поровых вод. К сходным выводам пришли авторы, изучавшие геохимию вод грязевых вулканов Тайваня [Chen-Feng You et al., 2004] и Средиземноморья [Dählmann, de Lange, 2003].
В данной статье проблема генезиса грязевул-канических эманаций рассматривается в свете
Рис. 1. Схема расположения изученных грязевых вулканов. 1 — вулканы, в воде которых определен изотопный состав стронция и кислорода; 2 — остальные грязевые вулканы Таманского п-ва;. 3 — местоположение отбора пробы воды р. Кубань; (цифры на рисунке — названия вулканов: 1 — Карабетова гора, 2 — Гладковский, 3 — Шуго, 4 — Бугазский, 5 — Шапурский, 6 — г. Гнилая, 7 — Сопка, 8 — Чушка, 9 — Семигорский, 10 — Восток, 11 — Центр. Цимбалы.
новых данных по изотопному составу стронция и кислорода, определенных в пробах воды из 11 грязевых вулканов Таманского полуострова (рис. 1).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Пробы воды из 11 грязевых вулканов, расположенных в различных частях Таманского полуострова (см. рис. 1), были отобраны в июле 2009 г. Подготовка проб и выделение стронция для изотопного анализа проводилось стандартным методом ионообменной хроматографии в лаборатории геохимии изотопов и геохронологии ГИН РАН. Измерения отношений 87Sr/86Sr в водах грязевых вулканов выполнены в лаборатории Geosciences Environment Toulouse (GET, Франция) на масс-спектрометре МАТ-261 с точностью ±0.00004. Измерения отношений 87Sr/86Sr в воде р. Кубань и в 4-х образцах карбонатов, выделенных из глин грязевых вулканов путем выщелачивания 2N соляной кислотой, проведены в ГИН РАН на масс-спектрометре MAT-260 с точностью ± 0.0001.
Для определения изотопного состава кислорода был использован комплекс аппаратуры корпорации Thermoelectron, включающий масс-спектрометр Delta V АёуаП^е и установку Gas-Bench-II. Значения 818О приводятся в промилле (%о) относительно стандарта V-SMOW. Точность (воспроизводимость) определения 818О и S13C находится в пределах ± 0.2%.
Измерения концентрации стронция и рубидия проведены методом ICP-MS (на приборе Х-7 ICP-MS, Thermo Elemental, США) в Аналитическом центре Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН, г. Черноголовка, Россия).
Содержания хлора и растворенного неорганического углерода (НСО3) определялись методом титрования водных растворов в лаборатории химико-аналитических исследований ГИН РАН (определения Cl) и непосредственно после отбора проб в экспедиции (НСО3).
54
БУЯКАЙТЕ и др.
Таблица. 1. Изотопный состав стронция и кислорода в водах грязевых вулканов Тамани и некоторые данные по химическому составу вод
№ авторский Название вулкана 87Бг/86Бг 5180, % Бг, мг/л Rb/Sг С1, г/л Са/С1 нсо3, г/л
1/09 Карабетова гора 0.70899 14.2 0.379 0.089 1.45 0.0145 9.15
2/09БГ Гладковский 0.71076 5.0 41.99 0.014 11.35 0.1374 0.34
3-1/09 БГ Шуго 0.70957 5.2 12.37 0.0033 7.80 0.0038 3.93
4-1/09 Бугазский 0.70854 10.1 1.362 0.0015 2.62 0.0094 6.01
6-1/09 Шапурский 0.70834 3.2 2.449 0.0156 5.74 0.0025 7.38
9-2/09БГ Гнилая гора, центр 0.70935 1.9 0.593 0.0023 5.81 0.0008 2.56
11/09 БГ Сопка 0.70898 -3.4 0.108 0.017 3.05 0.0032 1.46
12/09 Чушка 0.70855 3.0 2.478 0.0028 4.25 0.0072 5.40
14-1/09 Семигорский 0.70734 10.3 5.088 0.0021 2.13 0.0064 5.25
15/09 Восток 0.70861 3.3 0.662 0.0117 3.19 0.0050 3.72
17-1/09 Центр.(вост) Цимбалы 0.70844 3.8 1.412 0.0013 3.55 0.0084 3.63
8р/09 Р. Кубань 0.7087 -12.1 - - - - -
1/09 Карабетова гора, карбонатная вытяжка из глины 0.7090 33.0 - - - - -
3/09 Шуго, то же самое 0.7086 30.7 - - - - -
11/09 Сопка, то же самое 0.7085 31.1 - - - - -
12/09 Чушка, то же самое 0.7083 29.9 - - - - -
Примечания. Значения 513С в карбонатах: 1/09 = 0.9, 3/09 = 3.6, 11/09 = 7.9, 12/09 = —0.5 %%. Прочерк — нет данных
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Отношения 87Бг/86Бг в изученных пробах воды варьируют от 0.70734 до 0.71076 (табл. 1), однако в большинстве образцов (7 из 11), эти значения заключены в сравнительно узком интервале — от
0.711 г
0.710 -
00
0.709
00
0.708 -
0.707
0
20 30
Бг, мг/л
Рис. 2. Соотношение изотопного состава стронция и его содержания в водах вулканов Таманского п-ова. МВ — современная морская вода.
0.70838 до 0.70899. Заметно более низкое значение 87Бг/86Бг = 0.70734 зарегистрировано в воде вулкана Семигорский, который расположен в южной части Таманского п-ова (см. рис. 1), а более высокие (0.70935, 0.70957, 0.71076) в водах вулканов Гнилая гора, Шуго и Гладковский, расположенных на восточной периферии изученной территории.
Содержание стронция в водах грязевых вулканов варьирует в очень широких пределах — от 0.1 до 50 мг/л. Общей корреляции между содержанием и изотопным составом стронция не наблюдается (рис. 2). Воды с низким содержанием Бг (менее 1 мг/л), в которых легче всего могла бы происходить контаминация чужеродным стронцием, на деле характеризуются небольшим разбросом значений 87Бг/86Бг - от 0.70861 до 0.70935. Увеличение содержания Бг сопровождается увеличением значений 87Бг/86Бг в вулканах восточной части полуострова и уменьшением значений 87Бг/86Бг в вулканах южной и западной части (см. табл. 1 и рис. 2). Для значений 87Бг/86Бг обнаруживается положительная корреляция с содержанием хлора и отрицательная - с содержанием растворенного неорганического углерода (рис. 3а, б).
Отношения Rb/Sг в грязевулканических водах невелики (0.089-0.0013). Если принять для этих вод возраст майкопского яруса (около 25 млн лет), то наибольшее из этих значений приводит к поправке на радиоактивный распад рубидия для
0.711
0.710
/0.709
00
0.708
0.707
0
• '
у
у R2 = 0.64
MB
V •
4 6
Cl, мг/л
0.711
0.710
00
/0.709
00
0.708
0.707
10 12
0
4 6 HCO3, г/л
Рис. 3. Соотношение изотопного состава стронция и содержаний хлора (а) и содержаний бикарбонат иона (б) в водах грязевых вулканов. х — вода вулкана Карабетова гора, не учтенная при расчете коэффициента корреляции. МВ — современная морская вода.
а
изотопного отношения стронция менее 0.0001, а остальные дают поправку как минимум на порядок меньшую. В связи с этим, в рамках наших представлений о возможном возрасте вод грязевых вул
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.