ГЕОХИМИЯ, 2015, № 1, с. 64-82
ГЕОХИМИЯ СЕЙСМОАКТИВНЫХ РЕГИОНАЛЬНЫХ РАЗЛОМОВ (БАЙКАЛЬСКАЯ РИФТОВАЯ ЗОНА, ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ)
© 2015 г. Н. В. Вилор*, Л. Д. Адрулайтис*, О. В. Зарубина*, Б. С Данилов**
* Институт геохимии СО РАН * 664033, Иркутск, ул. Фаворского 1а e-mail: vilor@igc.irk.ru ** Институт земной коры СО РАН ** 664033, Иркутск, ул. Лермонтова 126 e-mail: boris@crust.irk.ru Поступила в редакцию после доработки 05.03.2013 г. Принята к печати 12.03.2013 г.
Определены содержания и изучено распределение подвижных рудных элементов Pb, Zn, Cu, Mo, Ag, Sn, As, Tl, Hg, а также B и элементов группы Fe в покровных рыхлых образованиях и водах на поверхности крупнейших региональных разломов Байкальской рифтовой зоны: Тункинского, Бар-гузинского, краевого шва Сибирской платформы и в приразломном термальном поле Кучегер. На разломах в почвенных газах измерены количества O2, CO2, CO, CH4, H2S, SO2, Rn и связанная с Rn ионизация приземного воздуха. Выявлены геохимические ассоциации, свойственные разломам; для их главных элементов и природных токсикантов As, Tl, Hg рассчитаны геохимические потоки на приповерхностных геохимических барьерах. Миграция рудных элементов является функцией приразломных тепловых потоков, поверхностные значения которых оценены по данным дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с установлением доминанты конвективной составляющей.
Ключевые слова: Байкальская рифтовая зона, геохимический метод, тепловой поток, уходящий, поверхностный, инфракрасное излучение, тепломассобмен, региональный сейсмоактивный разлом, миграция рудных элементов.
Б01: 10.7868/80016752514110107
ВВЕДЕНИЕ
Современная геодинамическая активность Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) проявлена контрастным преобразованием рельефа, относительно недавним вулканизмом и высокой сейсмичностью. Расположенная между южным окончанием Сибирского кратона и Амурской платформой [1] она, начав формироваться 30—35 млн лет назад, представлена рядом рифтогенных впадин с крупнейшими пресными озерами Байкал и Хубсу-гул. Впадины — тектонические депрессии, ограниченные региональными разломами, совместно с краевыми швами Сибирской платформы — создают единую развивающуюся структуру. По всей БРЗ ежегодно происходит более 2000 землетрясений с магнитудой обычно меньше 5. Периодически случаются более мощные события, как например, 8-ми бальное землетрясение 27 августа 2008 г, эпицентр которого располагался в южной впадине оз. Байкал не далее десятка километров от Транссиба и населенной прибрежной полосы. Современной тектонической активности БРЗ сопутствуют аномалии мощности коры, плотности в верхней ман-
тии и теплового потока [2, 3]. Структура региональных разломов рифтовой зоны характеризуется повышенной интенсивностью уходящего поверхностного инфракрасного (ИК) излучения, измеряемого искусственными спутниками (ИС) серий NOAA и EOS [4]. Впервые возможная связь уходящего ИК излучения земной поверхности, зафиксированного при ДЗЗ (дистанционном зондировании Земли), с повышенной сейсмикой рассмотрена в работе В.И. Горного и др. (1988) [5]. Аномальный тепловой поток рифтогенных разломов БРЗ, участвующий в образовании многочисленных приразломных месторождений горячих минеральных вод [3], и интенсивный уходящий поток ИК излучения (УПИКИ) подчеркивают значение граничных региональных разломов как областей эмиссии эндогенной энергии в форме тепломассо-переноса и обмена между атмосферой и поверхностью коры. Отсюда формируется постановка цели работы как выявление связи приразломного теп-ломассопереноса, сопутствующего УПИКИ, с транспортом подвижных рудных элементов. Для этого рассмотрено такое геофизическое свойство крупных региональных разломов БРЗ как уходя-
Таблица 1. Тепловой поток и пространственные параметры крупных разломов БРЗ
Ширина области ИК излучения, км Тепловой поток
Разлом Протяженность, км Ширина ЗДВР, км Кинематика разломов глубинный [3, 12], мВт/м2 яркостный***, инфракрасный, измеренный, Ь мВт/м2 ср мкм поверхностный, рассчитанный, ¥, мВт***
Тункинский 130 4—5 5—7 Сбросо-сдвиг 51—103* 103.027 ± 2.22 707.84
Приморский 200 8 2—5 Сброс со сдвигом 38—59* 112.242 ± 3.493 771.15
Баргузинский 200 6 4 Сброс 60—94* 85.466 ± 1.235 587.19
Краевой шов Сибирской платформы 400 от 5 до 15 8 и более Кулисные взбросы, сопутствующие сбросы 30—40** 103.64 ± 0.947 708.09
* По [3], ** по [12], *** данная работа.
щий поверхностный ИК поток, сопровождаемый активизацией геохимических потоков подвижных рудных элементов, поступающих в поверхностные образования зон динамического влияния тектонических нарушений. В задачу исследования входит анализ природы УПИКИ, описание распределения подвижных рудных элементов в зонах динамического влияния разломов (ЗДВР) и расчет потоков их привноса, оценка которых возможна вследствие формирования геохимических барьеров, в том числе с участием педосферы — почвенного компонента биосферы с интенсивными химическии реакциями [29] в присутствии живого вещества.
Структурное положение и динамика разломов в БРЗ являются следствием перемещения сосуществующих внутриконтинентальных литосфер-ных блоков в юго-восточном направлении для центральной части БРЗ и правосторонних взбро-со-сдвиговых смещений Восточного Саяна относительно Сибирской платформы [1]. На юго-западном фланге рифта векторы смещений отражают поворот Тувино-Саянской части по часовой стрелке со сдвигами по Главному Саянскому разлому (ГСР) и Тункинскому разлому при участии растяжения. В высокосейсмичной срединной части рифтовой зоны, включающей Байкальскую и Баргузинскую впадины, субгоризонтальные оси растяжения, поперечные к преобладающим структурам, определяют сбросовый тип разломов, в том числе Баргузинского.
Краевой шов в виде горного уступа, выраженного на нескольких сотнях километров вдоль юго-восточного края Сибирской платформы, ограничивает эпицентральное поле сейсмики Са-яно-Байкальского подвижного пояса. К нему приурочена широкая полоса рассеяния эпицентров относительно слабых землетрясений, затухающая вглубь платформы. Ее существование связано с крупнейшей структурной неоднородно-
стью у контура Сибирского кратона [6]. Краевой шов вовлечен в межблоковый сдвиг на юго-западной границе Сибирской платформы и представлен как взбросами, так и сопутствующими сбросами во фронтальной части. Сейсмичность разломов связана с эпицентрами землетрясений магнитудой 3 М, редко до 4—5 М, распределенными вдоль главных сместителей — протяженных зон сближенных трещнных дислокаций, разрушений и катаклазитов, разделяющих перемещающиеся блоки.
Рассмотренные сейсмоактивные разломы, составляющие структуру БРЗ, выделяются как повышениями теплового потока (табл. 1), так и высокими интенсивностями УПИКИ. Значения уходящего яркостного поверхностного ИК (УПИК) потока БРЗ получены на основе мультивременной усредненной карты ночных осенне-зимних изображений из архива Центра космического мониторинга ИСЗФ СО РАН за 2000-2005 гг. по 291 сцене, переданной со спутников серии МОЛА и Б08 с радиометрами ЛУНЯЯ и M0DIS при ночных съемках от начала сентября по март. Яркостный УПИК поток с повышенными интенсивностями на региональных разломах, ограничивающих впадины БРЗ и на краевом шве Сибирской платформы, измерен по сетке 1° х 1°. На разломах он достигает наибольших величин 55 мВт/м2 ср мкм (здесь и далее: ср. — стерадиан) в диапазоне 10 мкм.
С применением комплекса специальных программ на основании банка сейсмологических данных за 1966—2002 гг. по такой же сетке, 1° х 1°, определены сейсмологические параметры: сейсмический момент землетрясений М0, коэффициент деформации Ь и параметр региональной трещинноватости (проницаемости) среды d [7]. Рассчитанная парная и множественная корреляция усредненной интенсивности яркостного УПИК потока, экспонирующего сейсмоактивные разломы, с данными сейсмологическими па-
раметрами для центров квадратов этой сети по площади БРЗ и краевого шва Сибирской платформы на ее южном обрамлении выявила существенные различия зависимостей между значениями ИК потока и показателем региональной трещино-ватости — проницаемости (<!) в сейсмоактивной области БРЗ с одной стороны и в менее сейсмичном краевом шве с другой. Противоположные тенденции уравнений корреляции сейсмологических параметров в платформенном и рифтовом структурных комплексах, возможно, связаны с различиями свойств геологической среды. В качестве основы для последующих исследований было заключение, что УПИК поток обусловлен собственным излучением земной поверхности в тепловом диапазоне, а элементы структуры региональных разломов определяют распределение его интенсивности при, вероятно, существенном участии конвективной составляющей [8].
Наиболее ранний геохимический подход при исследовании геологического строения БРЗ нашел отражение в определениях химического состава многочисленных горячих источников и месторождений лечебных минеральных вод, расположенных на бортовых, ограничивающих разломах риф-тогенных впадин. Для известных курортов и слабо обустроенных выходов вод с различной температурой их состав, условия залегания и формирования обобщены в [9]. Рудно-геохимическая нагрузка современных гидротерм БРЗ рассмотрена в [10]. Геохимическая съемка средних масштабов от 1 : 50000 до 1 : 200000 50-70-х гг. сопровождала все кондиционные геолого-съемочные работы на данной территории. Однако, тогда она оказалась совершенно неэффективной и не привела к открытию крупных месторождений, найденных другими методами, а результаты ее не получили соответствующего обобщения. Региональная геохимия Прибайкалья и БРЗ с конца 1980-х годов изучается в Институте геохимии СО РАН. Распределение пет-рогенных и рудных элементов в основных компонентах окружающей среды описано в [11]. В связи с антропогенным ртутным загрязнением Иркут-ско-Черемховской промышленной зоны, особенно в системе нижних ангарских водохранилищ, коллективами авторами [12] изучено распределение Щ в Прибайкалье, а также на некоторых разломах БРЗ [13].
Южное горно-складчатое обрамление Сибирской платформы в целом характеризуется повышенными концентрациями радона. Увеличение ур
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.