ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 6, с. 80-98
УДК 550.835.24+551.24
ВАРИАЦИИ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ РАДОНА В РАЗЛОМНЫХ ЗОНАХ ЗЕМНОЙ КОРЫ: ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ
© 2014 г. К. Ж. Семинский, А. А. Бобров, С. Дэмбэрэл
Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск Исследовательский центр по геофизике и астрономии МАН, г. Улан-Батор E-mail: seminsky@crust.irk.ru, alexbob@crust.irk.ru, demberel@rcag.ac.mn Поступила в редакцию 19.08.2013 г.
На основе обобщения данных профильной эманационной съемки, проведенной в трех разных масштабах для отдельных регионов Байкало-Монгольского сейсмического пояса, установлены закономерности неравномерного в пространстве распределения объемной активности почвенного радона над активными разломами земной коры. Показано, что осложняющее влияние на форму, размеры и контрастность приразломных аномалий радона оказывают эрозионные процессы и выветривание, но определяющую роль в их формировании играет структурно-геодинамический фактор, обусловливающий специфику внутреннего строения и современной активности разломных зон. Как следствие, для формы поперечного профиля изученных аномалий радона принципиальное значение имеют 4 ситуации, которые образуются при сочетании структурной разновидности разлома (сосредоточенный/рассредоточенный) и наличия/отсутствия тонкодисперсного заполнителя в зоне его влияния. Поперечные размеры эманационной аномалии соответствуют или несколько превышают ширину разломной зоны, включающую все разрывы и трещины, связанные с формированием главного сместителя, который в большинстве случаев из-за низкой проницаемости тектонитов маркируется минимумом концентрации почвенного радона. Контрастность эманационных аномалий, которую предлагается оценивать при помощи относительного показателя Kq, тяготеет к определенным уровням данного параметра, что позволило выделить 5 групп разломных зон с низкой (Kq < 2), средней (2 < Kq< 3), повышенной (3 < Kq< 5), высокой (5 < Kq< 10) и сверхвысокой (Kq> 10) радоновой активностью. Исходя из опыта проведенных исследований, для повышения эффективности эманационной съемки разломных зон рекомендуется создание длинных профилей, уменьшение шага измерений вблизи главных сместителей, применение уровня среднего арифметического для выделения аномалий, а также использование относительного показателя Kq для сопоставления и оценки разломов по степени их радоновой активности.
DOI: 10.7868/S0002333714060088
ВВЕДЕНИЕ
Эманационная съемка традиционно считается методом, позволяющим выявлять разломы, скрытые под наносами, но проницаемые в настоящее время для подземных газов. Более того, интенсивность концентрации радона в почвенном воздухе иногда напрямую связывают со степенью современной геодинамической активности разрывного нарушения. Действительно, по данным многих предшественников разломы выделяются простыми по форме аномалиями с максимумом объемной активности почвенного радона (Q, Бк/м3) над сме-стителем и минимальными концентрациями на периферии [Ioannides et al., 2003; Moussa, El Arabi, 2003; Font et al., 2008; и др.]. Вместе с тем, по мере накопления опыта эманационных исследований стало очевидным, что аномалии над тектоническими нарушениями весьма разнообразны по интенсивности и форме, как и варианты расположения в их пределах главного сместителя [Duddridge et al., 1991; King et al., 1993; Toutain, Baubron, 1999;
А1аПаИ й а1., 2001; А1-Ва1ата й а1., 2005; 1пеео2 й а1., 2006; ЩегеЪег§, Екщёег, 2008; ШеЬоп е! а1., 2010]. Таким образом, появилась необходимость проанализировать на новом этапе исследований причины существующего разнообразия с учетом современных представлений о строении разломов земной коры.
В рассматриваемом аспекте принципиально важной является широкая тектонофизическая трактовка термина "разломная зона", согласно которой объект включает не только тектониты разломного сместителя, но и существенно большие по размерам объемы горных пород, в которых имеют место генетически связанные с его формированием пластические и разрывные деформации. Развитие разломных зон даже в условиях постоянного тектонического режима характеризуется изначальной пространственно-временной неравномерностью [Семинский, 2003]. Ее следствием является стадийность, а также закономерная неоднородность раздробленности субстрата разломных зон вкрест и вдоль простирания с
чередованием участков повышенной и пониженной плотности разрывов. Дизъюнктивы разных стадий развития существенно отличаются по строению: на ранних стадиях активными в раз-ломной зоне являются несколько крупных разрывов (разлом рассредоточенного вида), а на завершающей стадии — главным образом магистральный сместитель (разлом сосредоточенного вида).
Представленные закономерности строения разломных зон и различие степени их геодинамической активности, даже без учета составляющих отдельную проблему временных вариаций поля радона [Rikitake, 1978; Войтов, 1998; Toutain, Baubron, 1999; Cicerone et al., 2009; Спивак, 2010; Уткин и др., 2010; Адушкин и др., 2012; и др.], предопределяют наличие разнообразных по интенсивности и форме аномалий радона, ассоциирующихся с этими тектоническими структурами. Данное заключение для отдельных объектов было подтверждено материалами профильной эмана-ционной съемки, реализованной нами для нескольких десятков разломов юга Восточной Сибири и Монголии [Семинский, Бобров, 2009а; Seminsky Demberel, 2013]. Целью предлагаемой работы являлось обобщение на базе тектонофи-зического подхода результатов эманационных исследований разноранговых дизъюнктивов Бай-кало-Монгольского сейсмического пояса и установление пространственных закономерностей проявления их радоновой активности. При этом было необходимо: (1) оценить роль структурно-геодинамического фактора в формировании поля радона над разломными зонами, (2) провести типизацию структурных ситуаций, определяющих форму приразломных аномалий радона, а также (3) выявить уровни радоновой активности, объективно существующие для разломов изученного региона.
ОБЪЕКТЫ И МАСШТАБЫ ЭМАНАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В пределах Байкало-Монгольского сейсмического пояса, ассоциирующегося с областью молодого горообразования на юге Сибири и в Монголии, эманационные работы были сконцентрированы в двух регионах, характеризующихся на современном этапе тектогенеза различием ланд-шафтно-климатических обстановок и геодинамических режимов развития земной коры. Байкальская зона растяжения литосферы была изучена с разной детальностью вдоль 250-километрового трансекта Баяндай—Тарбагатай (рис. 1а), который пересек плечи Байкальского рифта, представляющего зону взаимодействия Сибирского и Забайкальского блоков литосферы. Несмотря на сосредоточенность людей в Прибайкалье, высокую сейсмичность и существование режима растяжения земной коры, способствующего выходу природных газов [Kemski et al., 1996; Atallah et al., 2001; Ioannides et al., 2003; Al-Bataina et al., 2005; An-
gelone et al., 2005; Tansi et al., 2005; Font et al., 2008; Koike et al., 2009; Richon et al., 2010], эта территория недостаточно изучена в отношении радоновой активности. Известны работы Б.П. Черняго с соавторами [2008; 2012], которые установили взаимосвязь параметра Q в домах некоторых населенных пунктов Прибайкалья с содержанием радона в почве, выделили связанные с радиоактивными породами аномальные области и констатировали ведущую роль разломов в формировании пиковых концентраций почвенного радона. Оценки параметра Q над некоторыми крупными разломами Байкальского рифта приведены в работе [Коваль и др., 2006] и наших предыдущих статьях [Семинский, Бобров, 2009а; 20096], результаты которых в необходимом объеме привлекаются ниже для более полной характеристики приразломных аномалий. Вторым регионом проведения эманаци-онной съемки являлась Центральная Монголия (рис. 1б), характеризующаяся резко континентальным климатом, а в геодинамическом отношении — преимуществом сдвигового режима развития земной коры, если судить по механизмам очагов сильных землетрясений [Focal mechanisms..., 2011] и другим признакам. Несмотря на достаточно высокий уровень сейсмичности [Adiya et al., 2003] и наличие участков с высокой плотностью населения (например, г. Улан-Батор, где проживает почти половина населения страны), исследования радоновой активности разломов до наших целенаправленных работ [Seminsky, Demberel, 2013] в Центральной Монголии не проводились.
Для решения поставленных задач к анализу привлекались материалы профильной эманаци-онной съемки, проведенной в трех масштабах, которые в целом соответствуют трем рангам изученных дизъюнктивных структур: разломным системам, крупным и мелким разломным зонам. Полная иерархия дизъюнктивов была изучена для области растяжения земной коры (рис. 1а), где к системам, согласно существующему определению [Park, 1997] и названиям главных разломных сместителей [Карта разломов., 1982; Mats, 1993; San'kov et al., 1997], относятся Обручевская (I), Черско-Баргузинская (II) и Джида-Витимская (III) тектонические структуры. Они были пересечены двумя сегментами трансекта Баяндай-Кре-стовский и Кудара-Тарбагатай с шагом измерений параметра Q ~ 2500 м.
Обручевская разломная система, являвшаяся главным объектом эманационных исследований, по мнению большинства специалистов [Mats, 1993; Delvaux et al., 1997] имеет в Центральном Прибайкалье две сбросовые ветви: Приморскую, проходящую по сухопутной территории Приоль-хонья, и Морскую (Ольхонскую), представляющую подводный склон оз. Байкал (рис. 2). Приморская разломная зона, выраженная в рельефе Бугульдейско-Чернорудским грабеном [Дом-бровская, 1973; Mats, 1993] представляет тектоно-
Рис. 1. Схемы главных разломов и положение участков проведения профильной эманационной съемки в Прибайкалье (а) и Центральной Монголии (б): 1 — Трехмерная модель рельефа окрестностей г. Улан-Батор в Монголии (прямоугольник на врезке); 2— зоны, выделяющиеся повышенной плотностью разломов а — среди менее нарушенных блоков, б — на территории Прибайкалья; 3 — разломы, выраженные в рельефе уступами (а), и границы Байкальского рифта (б), согласно [Семинский и др., 2013]; 4 — индексы раз
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.