ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 5, с. 503-529
УДК 551
ГИДРОТЕРМАЛЬНО ИЗМЕНЕННЫЕ ГИАЛОКЛАСТИТЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В РИФТОВОЙ ЗОНЕ ИСЛАНДИИ (ПРОБЛЕМА БИОХЕМОГЕННОЙ АККУМУЛЯЦИИ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ)
© 2007 г. А. Р. Гептнер, Т. А. Ивановская, Е. В. Покровская, С. М. Ляпунов,
А. Т. Савичев, А. В. Горбунов, Н. В. Горькова
Геологический институт РАН 119017 Москва, Пыжевский пер.,7;
E-mail: remheptner@mtu-net.ru Поступила в редакцию 17.01.2007 г.
В статье рассматриваются особенности минерального и химического состава гиалокластитов, измененных на поверхности земли и изученных в пределах двух геотермальных зон в северной части рифта Исландии - Тейстарейкир и Наумафьядл. Приведена подробная характеристика состава гидротермально измененных пород, содержащих глинистые минералы, которые сформированы за счет преобразования гиалокластитов, находящихся в коренном залегании. Глинистые минералы слагают также делювий на склонах или образуют пролювиальные дельты по периферии возвышенностей. Показано, что на современных фумарольных площадках наиболее характерными глинистыми минералами являются каолинит и смектиты, а в составе переотложенных делювиально-про-лювиальных отложений преобладают смектиты. Изучены фрамбоиды, шарики, палочки и другие образования, морфологически и по размеру сходные с описанными в литературе минерализованными бактериями. Локальное обогащение пролювиальных отложений серебром связывается с активной деятельностью бактерий. Предполагается, что повышенная концентрация ряда малых элементов в гидротермально измененных породах также могла возникнуть в результате активного воздействия микробиоты.
Структурно-тектоническое положение Исландии на простирании Срединно-Атлантического хребта и особенности ее геологического строения предоставляют уникальную возможность изучать процесс гидротермального изменения базальтового материала в наземной обстановке в пределах зоны современного рифтогенеза. Характерные черты этого процесса могут быть использованы в качестве сравнительного материала при рассмотрении древних отложений, накапливавшихся в пределах рифтовых зон на континентах.
При изучении гидротермального изменения пород важной проблемой является оценка масштаба миграции, перераспределения и локальной аккумуляции химических элементов. Существенные трудности при оценке эффекта гидротермальной деятельности возникают при сопоставлении измененных и неизмененных пород одного возраста и в пределах ограниченного пространства. Эта проблема может быть успешно решена при исследовании гидротермального процесса на поверхности земли. Здесь пятнистый, мозаичный характер распространения геотермальных проявлений, отражающий особенности геологического строения и анизотропный характер распределе-
ния проницаемых зон и путей миграции подземных вод, представляют уникальную возможность сравнивать располагающиеся рядом измененные и не затронутые современным гидротермальным процессом породы.
В настоящее время можно считать доказанным, что термальные воды Исландии, за исключением ряда прибрежных районов, где в составе подземных вод принимает участие морская вода, сформированы поверхностными дождевыми и талыми ледниковыми водами, нагретыми в областях с высоким геотермальным градиентом [Ama-son, 1976].
К поверхности земли нагретые воды поднимаются по зонам разломов и трещинно-дайковых роев. В зонах высокотемпературных гидротермальных проявлений в разрезе, как правило, выделяют три основные зоны изменения базальтов, отражающие прогрессивное повышение температуры: смектит-цеолитовая зона, зона смешано-слойных минералов и пренита, а также зона хло-рита-эпидота [Kristmannsdottir, 1982].
Существует представление, что при взаимодействии нагретых подземных вод и пород большое влияние на состав образующихся вторичных минералов оказывают вмещающие породы
[Walker, 1960 и др.]. Эта точка зрения не допускает возможность значимой миграции петрогенных элементов с нагретыми подземными водами и тем самым предполагает изохимический способ гидротермального изменения базальтов.
К иному выводу привело исследование особенностей состава и распределения ряда гидротермальных минералов в толще базальтоидов. Установлено, что формирование смектитов, селадо-нита, цеолитов, кремнистых и ряда других минералов (например, апофиллита) в толще пла-тобазальтов происходило в результате перераспределения нагретыми подземными водами ряда петрогенных элементов [Гептнер, Соколова, 1989; Гептнер, Петрова, 1989; Курносов и др., 2004].
Специфика гидротермального процесса на поверхности земли состоит в том, что на сольфатар-ных и фумарольных площадках взаимоотношение нагретой воды и пара с породой происходит при очень медленном и незначительном по объему латеральном перемещении жидкой фазы. Здесь отсутствует промывной режим, характерный для подземных вод. На фумарольных площадках преобразование пород осуществляется под воздействием высокой температуры и поднимающихся к поверхности земли пара и газов. На участках с высоким стоянием грунтовых вод процесс изменения может охватывать ограниченную по размерам площадь.
Ранее было показано существенное влияние микробиоты (метаболизм бактерий и грибов) на процесс перераспределения и аккумуляции малых элементов на примере изучения современных гидротермалитов и гидротермально измененных голоценовых осадочных отложений, расположенных в юго-западной части рифтовой зоны Исландии [Гептнер и др., 2005, 200б].
Материал для настоящего исследования был отобран на высокотемпературных геотермальных полях, расположенных в северной части современной рифтовой зоны Исландии. Особенно пристальное внимание обращалось на анализ состава петрогенных и малых элементов в тех породах, где обнаружены остатки минерализованной микробиоты.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В полевых условиях изучались взаимоотношения пород разной степени изменения, в том числе выделялись основные типы глинистых пород по цвету, положению на геотермальной площадке, однородности состава и характеру взаимоотношений со слабо- или неизмененными гиалокла-ститами.
В лаборатории проводилось петрографическое изучение образцов и отмучивание фракций
размером от < 5 до < 50 мкм из основных типов глинистых пород.
Образцы свежих и измененных гиалокласти-тов, а также глинистые фракции анализировались с помощью полного силикатного, рентгено-флуоресцентного и нейтронно-активационного анализов.
Исследование микро- и наноструктур отдельных минеральных компонентов осуществлялось на сканирующем электронном микроскопе CamScan MV-2300, а анализ состава образцов - на микрозондовой приставке INCA-200. Микроанализатор снабжен входным майларовым окном толщиною 0.5 мкм, что позволяет анализировать элементы вплоть до кислорода и углерода. Локальность микроанализа составляет 1 мкм. Программа количественного анализа образцов разрешает проводить анализ по категории точности не ниже четвертой, по требованиям Научного Совета по аналитическим методам. Правильность анализа проверялась по библиотеке эталонных образцов.
Особый случай представляет анализ водосо-держащих образцов. Дело в том, что анализатор бессилен обнаружить атомы водорода, а программа количественного анализа осуществляет нормировку данных на 100%. При отсутствии данных о содержании водорода происходит завышение концентраций остальных элементов, несущественное по весовым процентам, но более существенное в атомных процентах. Поэтому анализ водосодержащих образцов надо рассматривать как полуколичественный.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ИССЛЕДОВАННЫХ ОБЪЕКТОВ
Рифтовая зона Исландии характеризуется активной вулканической деятельностью и мощными тепловыми потоками. Интенсивная гидротермальная деятельность в основном сосредоточена в зонах разломов. Участки изменения пород, пространственно связанные с крупнейшими разломами и полями фумарол, во многих местах сильно прогреваются и парят. Это свидетельствует о продолжающейся здесь гидротермальной деятельности, охватывающей не только плейстоценовые гиалокластитовые толщи, но и голоцено-вые лавы и шлаковые конуса. Постоянное формирование новых и подновление старых трещин -главная причина изменения путей миграции горячих подземных вод и многократной смены минеральных комплексов.
Особенности распространения и состав гидротермально измененных пород на современных высокотемпературных геотермальных площадках изучались в северной части рифтовой зоны Исландии в 2005 г. Образцы пород и минералов
характеризуют гидротермально измененные гиа-локластиты геотермальных зон Тейстарейкир и Наумафьядл (рис. 1). Образцы отбирались на фу-марольных площадках и из нагретых гиалокла-ститов, находящихся в первичном залегании, а также из отложений, формирующихся за счет переотложения гидротермально измененной гиа-локластики.
Геотермалъная зона Тейстарейкир
Исследованная территория располагается на северном склоне плейстоценового подледного вулкана (столовой горы) Байярфьядл и на прилегающей к нему равнине. Гидротермальная деятельность сосредоточена вдоль двух зон разломов. Одна из них рассекает северный склон горы, а другая прослеживается к западу, в поле голоце-новых лав. Сольфатарные грязевые котлы, фу-маролы и прогретые участки земли распространены на склоне и на прилегающей части низменности. На более ранних этапах фумарольная деятельность и процессы гидротермального изменения пород занимали большие площади. Свидетельством этого служат цепочки округлых углублений, оставшиеся от прекративших свое существование сольфатарных грязевых котлов, расположенные на склонах, покрытых сейчас мощным дерном. Склоны в пределах гидротермальных проявлений имеют сглаженные, плавные очертания. Здесь образуется чехол рыхлых отложений, включающих большое количество глинистого материала.
Обильное увлажнение почв и глинистых пород способствует формированию мощных соли-флюкционных процессов, в целом, не характерных для каменистых осыпей и грубообломочных склоновых отложений Исландии [Гептнер, 2005]. Спускаясь вниз по склону по системе мелких ложбинок (струйчатый или мелкорытвинный смыв), а затем по оврагам, рыхлый материал отлагается в нижней части ск
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.