ГЕОХИМИЯ, 2007, № 1, с. 54-70
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РТУТИ И СКОРОСТЬ ЕЕ НАКОПЛЕНИЯ В ВЕРХНЕЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ КОТЛОВИНЫ ДЕРЮГИНА
ОХОТСКОГО МОРЯ
© 2007 г. А. С. Астахов*, К. Валлманн**, М. В. Иванов*, Г. М. Колесов ***, В. В. Саттарова*
*Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43;
e-mail :astakhov@poi .dvo .ru **Институт морских наук им. Лейбница, Д-24148 Киль, Вишодштрассе, 1-3, Германия e-mail: kwallmann@ifm-mar.de ***Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19; e-mail: drkolesov@mail.ru Поступила в редакцию после доработки 25.07.2005 г.
Изучены распределение ртути и некоторые минералого-геохимические особенности состава донных отложений до глубины 10 м в котловине Дерюгина. Выявлена приуроченность повышенных и аномальных содержаний ртути в голоценовых отложениях к спрединговой рифтогенной структуре и отдельным флюидным источникам в ее пределах. Установленные содержания ртути в осадках связаны с ее поступлением из газовых и низкотемпературных гидротермальных источников и с благоприятными океанологическими условиями в голоцене. Выделены два основных способа формирования повышенных и аномальных содержаний ртути: инфильтрационный (в местах поступления гидротермальных или газовых флюидов из осадочного чехла) и плюмовый (связанный с осаждением ртути из водных плюмов со специфическими гидрохимическими условиями, формирующимися над эндогенными источниками). Инфильтрационные аномалии ртути выявлены) в районе газового источника на склоне северо-восточной части Сахалина, где ее повышенные содержания связаны, в основном, со скоплением подымающихся газов под слоем газогидратов и ртуть при этом ассоциирует только с селеном, и в районе предполагаемых эпизодически действующих низкотемпературных гидротермальных источников в центральной части котловины Дерюгина; в ней сформированы массивные баритовые постройки, гидротремальные железомарганцевые корки и имеются аномальные содержания Mn, Ba, Zn, Ni в осадках.
Изучение распределения ртути в морских экосистемах - весьма актуальная задача, определяемая значимостью ртути как индикатора поступления эндогенных флюидов и поискового критерия на рудные и углеводородные залежи, так и опасного и глобального загрязнителя окружающей среды. Сложность решения этой задачи определяется высокой миграционной способностью ртути и наличием природных и антропогенных источников поступления. Считается, что основная часть ртути (до 90% [1]) поступает в океаны и донные осадки из атмосферы; туда же ртуть может привноситься из антропогенных и природных источников. Антропогенная составляющая баланса ртути в атмосфере и ее территориальные и временные вариации изучены достаточно детально [2]. Природная же составляющая в атмосфере оценена качественно, а общий баланс ртути в океане (учитывающий ее потоки со дна) отсутствует.
Анализ повышенных концентраций ртути природного происхождения в геологических образованиях показал, что и рудные концентрации (связанные с месторождениями различного вещественного состава), и нерудные (имеющие лишь геохимическое значение) приурочены к подвижным поясам мантийного заложения в пределах континентальных и океанических блоков земной коры [3]. Считается, что ртуть в большинстве рудных и газовых месторождений имеет мантийное происхождение, а ртутные пояса приурочены к зонам глубинных разломов. Природные геохимические циклы ртути определяются преобладающим выносом ее паров и растворов различных соединений по разломам и флюидопроводящим каналам в составе газовых и водных флюидов из вулканов, при дефлюидизации углеводородных и угольных месторождений, из зон гипергенеза сульфидных месторождений. Это давно используется при ртутнометрических поисках рудных и
нефтегазовых месторождений на суше по литохи-мическим, гидрохимическим и атмохимическим ореолам рассеяния [4].
Подобные закономерности концентрирования ртути выявлены и в активных структурах мантийного заложения в океанах. Ртутоносность сульфидных руд и вмещающих осадков проявлена как в пределах срединноокеанических хребтов [3, 5], так и в окраинноморских спрединговых зонах [6]. Формирование аномальных и повышенных содержаний ртути в донных осадках морских бассейнов с незначительным антропогенным загрязнением определяется, главным образом поступлением ее из земной коры и осаждением вблизи гидротермальных источников [4, 6]. При этом существенное значение имеет характер гидротермальных источников, тип вмещающих отложений, наличие постседиментационных изменений. Установлено, что повышенные концентрации ртути могут формироваться как при прохождении флюидов сквозь осадочную толщу (инфильтрационные), так и при осаждении из водных плюмов, формирующихся над эндогенными источниками (плюмовые) [5].
По аналогии с методиками ртутнометрических поисковых работ на суше и по имеющимся сведениям распределения ртути в морских сульфидных рудах и металлоносных осадках, иногда предлагается использовать в качестве поискового критерия подводных гидротермальных источников (с которыми часто ассоциируют сульфидные руды и металлоносные осадки) обогащение ртутью донных осадков и минералов [7]. Однако прямое перенесение методик ртутнометрических поисков применяемых на суше к морским условиям, невозможно из-за наличия осадочного чехла, ограничивающего эмиссию ртути от эндогенных источников и рудных залежей, и водной толщи, в которую поступают гидротермальные флюиды. В зависимости от конкретных седиментологиче-ских и океанологических условий эти факторы могут существенно изменить локализацию и интенсивность литохимических ореолов рассеивания ртути над эндогенными источниками и рудными залежами. Кроме того, в отличие от других металлов, участвующих в гидротермальном процессе (Бе, Мп, N1, Си, 2п) и используемых при геохимических поисках, для ртути характерна миграция в составе газов, поведение которых при поступлении в придонные воды иное, чем у водных флюидов.
Это предположение необходимо более детально исследовать путем изучения литохимических ореолов рассеяния ртути над субмаринными флюидными источниками в современных рифто-генных зонах. С этой целью мы изучали распределение ртути и ряда других рудных элементов и минералого-геохимические особенности верхнечетвертичных отложений котловины Дерюгина
Охотского моря - одного из наиболее изученных в настоящее время окраинноморских рифтоген-ных бассейнов.
В пределах этой котловины, которую почти все исследователи относят к зоне позднекайно-зойской рифтогенной деструкции земной коры [7, 8], выделяются две основные тектонические системы: Дерюгинская спрединговая рифтоген-ная система (ДСРС, [8]; рифтогенный прогиб, [7]) с мощностью осадочного чехла до 10-13 км и Центрально-Охотская транстенсионная риф-тогенная система (ЦОТРС [8], рифтогенный грабен [7]). В осевой и западной частях ДСРС (рис. 1) известны многочисленные газовые источники, определяющие сероводородное заражение осадков, интенсивное накопление молибдена и некоторых других микроэлементов [9], а также интенсивные диагенетические изменения осадков с цементацией их газогидратами, карбонатами и обогащением аморфными сульфидами железа [10, 11]. Восточнее системы ДРСРС, уже в пределах ЦОТРС, отмечены максимальный для Охотского моря тепловой поток [12], сложнорасчлененый рельеф акустического фундамента с преобладанием линейных структур юго-восточного простирания и выходами его на поверхность дна, и выявлены массивное баритовое оруденение голоценового возраста [12, 13], гидротермальные железомарганце-вые корки [14] и аномально высокие для Охотского моря уровни содержания и скорости накопления марганца и некоторых микроэлементов (Ва, 2п, N1) как в окисленных, так и в восстановленных осадках [9, 15, 16].
Прямые наблюдения эндогенных источников в центральной части котловины Дерюгина отсутствуют, имеются лишь косвенные признаки эндогенной активности - повышенный тепловой поток, аномалии метана в придонной воде, некоторые геофизические данные [13, 17, 18]. В этой зоне предполагается возможность поступления как газовых, так и водных металлонесущих флю-дов двух типов: элизионных, из осадочных толщ Дерюгинского прогиба, и постмагматических от внутрипластовых интрузий [9, 12, 13, 18].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В работе использованы колонки донных осадков, отобранные гравитационными трубками и малтикорером в рейсах на НИС "Академик Несмеянов" (1993 г.) "Академик Лаврентьев" (1996, 1997 и 2002 г.г.) [11, 13, 19] и ГС "Маршал Геловани" (1999 г). [17] (рис. 1). Отбор колонок, первичные исследования, включающие измерение физико-механических параметров осадков, их влажности, магнитной восприимчивости, цвета, а также описание и опробование выполняли по стандартным методикам [11, 17, 19]. Пробы для определения ртути отбирали в полиэтиленовые пакеты,
143 144 145 146 147 148 149
Рис. 1. Станции отбора колонок донных осадков и некоторые элементы структурного районирования котловины Дерюгина и Северного Сахалина.
Рельеф дна приведен по данным [17]. Прямоугольником выделен фрагмент, приведенный на рис. 3. 1 - структурно-тектонические зоны [8]: I - Центрально-Охотская система, II - Дерюгинская спрединговая рифтоген-ная система, III - Хоккайдо-Сахалинская складчатая кайнозойская система, IV - Северо-Сахалинский бассейн; 2 - границы структур; 3 - шовные зоны (1 - Восточно-Сахалинская, 2 - Западно-Дерюгинская, 3 - Кашеваровская); 4 - основные разломы; 5 - станции отбора колонок осадков; 6 - местоположение известных эндогенных источников: 1 - "Факел Обжирова", 2 - "Баритовые горы".
герметически упаковывали и хранили до проведения анализа во влажном состоянии. Перед анализом их высушивали при комнатной температуре до воздушно сухого состояния и измельчали растиранием в агатовой ступке. Часть проб (колонка LV28-34-3) отбирали из кернов, хранившихся в пластиковых контейнерах в сухом состоянии.
Содержание ртути определяли атомно-абсорб-ционным методом на анализаторе РА-915+ с пи-ролитической приставкой РП-91С (производитель ООО Люмэкс, Санкт-Петербург). Анализ
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.