ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2009, № 2, с. 203-218
УДК 551
ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГАЗОВ ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ ВОСТОЧНОЙ ГРУЗИИ
© 2009 г. В. Ю. Лаврушин, Б. Г. Поляк, Б. Г. Покровский, М. Л. Копп,
*, Л. И. Каменский**
Геологический институт РАН 119017 Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: v_lavrushin@ginras.ru *Институт гидрогеологии и инженерной геологии АН Грузии Тбилиси, просп. Руставели, 9 **Геологический институт КНЦ РАН 184200 Апатиты, ул. Ферсмана 14 Поступила в редакцию 27.05.2008 г.
Г. И. Буачидзе
Рассмотрены изотопно-геохимические особенности газов грязевых вулканов Восточной Грузии, в составе которых фиксируется примесь мантийного гелия (3Не/4Не до 223 х 10-8), что подтверждает наличие в разрезе впадины молодого интрузивного образования, выделенного ранее по геофизическим данным. На фоне высокой изменчивости значений 513С (СН4 и С02), химического состава газа и воды величина 3Не/4Не остается постоянной во времени. Поэтому изменения изотопных характеристик и соотношения концентраций углеродсодержащих газов обусловлены только процессами, происходящими в коре. Отмечены необычные прямые корреляции величины отношения 3Не/4Не с концентрациями Не, СН4 и отношением 40Аг/36Аг, существование которых может объясняться формированием газов в толще кайнозойских осадков Средне-Куринской впадины.
Грязевой вулканизм издавна привлекал внимание исследователей. До сих пор его причины и механизм остаются дискуссионными. Первоначально, основываясь на морфологическом сходстве, это явление связывали с проявлениями магматизма [Ковалевский, 1940 и др.]. Но впоследствии возобладало представление о том, что грязевул-каническая активность неразрывно связана с процессами нефте-газогенерации [Губкин, Федоров, 1938] и элизионными процессами, проходящими в толще осадочных пород [Холодов, 2002]. Тем не менее не прекращаются попытки доказать глубинное (магматогенное) происхождение грязе-вулканических флюидов [Ковалевский, 1940; Ва-ляев и др., 1985; Гемп, Лагунова, 1978; Лагунова, 1974; 1975]. Однако неопровержимых доказательств мантийного происхождения грязевулкани-ческих углеводородов нет [Лаврушин и др., 1996].
Грязевой вулканизм как геологическое явление типичен для осадочных бассейнов подвижных горно-складчатых поясов и поэтому может быть индикатором высокой геодинамической активности. В последнее время его считают одним из следствий развития аккреционных комплексов, в которых чехол осадочных пород, продуцирующий углеводороды, подвергается интенсивным динамическим тектоническим нагрузкам. В результате этого создается высокая вертикальная проницаемость пород, обеспечивающая транспортировку и разгрузку на поверхность газонасыщенной пульпы.
На территории бывшего СССР проявления грязевого вулканизма известны в Керченско-Та-манской провинции, Восточной Грузии (Кахе-тии), Азербайджане, Туркмении и на Сахалине. В относительной близости от районов современной магматической активности находятся только грязевые вулканы Сахалина и Грузии. В связи с этим возникает вопрос - отражается ли магматизм в каких-либо специфических особенностях грязе-вулканических флюидов или нет?
Рассмотрим этот вопрос на примере кахетинских вулканов, расположенных в западной части Куринской депрессии, в долинах Куры и Иори. Именно здесь ранее были отмечены самые высокие для грязевулканических флюидов Кавказского региона величины отношения 3Не/4Не - до 2 х 10-6 [Матвеева и др., 1978; Якубов и др., 1980]. Такие значения намного превосходили не только каноническое радиогенное для земной коры ~2 х х 10-8, но и наблюдающееся в современной атмосфере 3Не/4Не = 1.4 х 10-6, и поэтому даже без поправки на оставшуюся тогда неизвестной контаминацию проб атмосферным гелием, ясно указывали на примесь в этих флюидах гелия из мантии, в которой 3Не/4Не ~ п х 10-5 [Мамырин, Толсти-хин, 1981]. Поэтому нельзя было исключить возможность присутствия в них и других мантийных дериватов. Для решения этого вопроса были проведены геохимические исследования грязевых вулканов Восточной Грузии, результаты которых излагаются в данной работе.
45°00'
46°00'
Ахтала[ 3 Т\ Гурджани
2 -Пховели
\ /\ Сигнахи
А
5 |
СЦ о • 4 - Кила-Купра
^^ О \6 - Байда 1
VV4 ,
\ 7 - Тюльки-Тапа ^S» - Полпой-Теби
Ьч
S
41°45'
41°30'
41°15'
Рис. 1. Схема расположения объектов опробования на территории Восточной Грузии.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Опробование грязевых вулканов Восточной Грузии проводилось в сентябре 1997 г. Эти работы были продолжением изучения изотопного состава гелия в грязевулканических флюидах Кавказа [Матвеева и др., 1978; Якубов и др., 1980; Бу-ачидзе, Мхеидзе, 1989; Поляк и др., 1996; Лаврушин и др., 1996, 1998]. Было опробовано четыре вулкана (из них Пховели - впервые), минеральный источник Мжаве и скважина Земо-Ма-чхаани со слабым излиянием нефти (рис. 1). На всех объектах отмечалось постоянное выделение газовой фазы. Минимальной активностью во время опробования отличался вулкан Пховели - газоотделение из его центральной сальзы было спорадическим. Вероятно, режим деятельности этого вулкана (как и большинства других) носит пульсационный характер, и периоды относительного покоя сменяются усилением активности. На это, в частности, указывают незадернованные потоки засохшей грязи на склонах конуса.
Газы отбирались методом вытеснения с небольшим гидравлическим затвором в стеклянные бутылки объемом 220-320 см3, которые закрывались резиновой пробкой и хранились в перевернутом виде. В Геологическом институте КНЦ РАН на масс-спектрометре МИ-1201ИГ по методике, описанной ранее [Кашешкп е! а1., 1990 и др.], измерялись концентрации Не, № и Аг и величины изотопных отношений 3Не/4Не, 40Аг/36Аг, 4Не/20Ке. Кроме того, в Геологическом институте РАН определялся химический состав газа, а на масс-спектрометре МИ-1201В изотопный состав углерода в метане и углекислоте с предварительным разделением газов и последующим окислением СН4 на СиО при 1000°С; точность определения 813С ~ 0.25%с.
При отборе газа или в ходе лабораторного анализа существует потенциальная возможность заражения пробы атмосферным воздухом, что может в той или иной мере исказить результаты исследований. Учесть контаминацию пробы воздухом и ввести соответствующую поправку в измеренное значение 3Не/4Не можно, используя отношение Не/Ne при предположении, что весь неон атмосферного происхождения, или, что надежнее, отношение 4He/20Ne [Прасолов, 1990]. Результаты расчетов приведены в таблице.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
Тектоническая позиция Куринской депрессии
Куринская депрессия условно разделяется на три впадины: Верхне-, Средне- и Нижне-Курин-скую. Грязевой вулканизм отмечается только в двух последних. Наибольшее количество современных и древних вулканов (~220) находится в Нижне-Куринской впадине на территории Азербайджана [Рахманов, 1987]. В Средне-Куринской впадине, на территории Восточной Грузии и Западного Азербайджана, известно лишь 15 грязевулканических построек.
По современным представлениям, горно-складчатые сооружения Большого и Малого Кавказа и разделяющие их депрессии сформировались в результате тектонического сжатия, вызванного продвижением к северу Аравийской микроплиты [Ха-ин, 1982; Короновский, Белов, 1987; Гамкрелидзе, Гиоргобиани, 1987; Гамкрелидзе, 1989; Никишин и др., 1997; Philip et al, 1989], а некоторые структуры южного склона Большого Кавказа интерпретируются как аккреционные комплексы (рис. 2). Следствием сжатия является активное скучивание слоев и широкое развитие тектонических покро-
Рис. 2. Схема тектонического строения Кавказского региона, по [Philipp et al., 1989].
I—III - районы грязевого вулканизма: I - Керченско-Таманский, II - Восточно-Грузинский, III - Южно-Каспийский (Азербайджанский).
1 - континентальная кора; 2 - океаническая или переходная кора; 3 - выходы фундамента на поверхность; 4 - дислоцированные мезозойские и палеогеновые отложения; 5 - молодые осадочные бассейны; 6 - главные надвиги; 7 - главные сдвиги; 8 - складки в молодых осадочных бассейнах; 9 - вулканические центры неоген-четвертичного возраста.
200 км
□ 1 . .'.2 3 ЁЦ4 1 .5 /6 У 7 /
* 9
Малый Кавказ
Большой Кавказ
Эльбрус
A
+ + + + + + + f + + + + + + + + + +
+ + + 4-Ч- + + + + + + ,+ + + + + + + + + +
+ J- + + + + + + t + +_± _±_±. _±_
B
Алазанская
Кура йори впадина
C
+ + +
+ + + "S^-t- + + + + + +
+ + + + + + + + + +1+* + + + + + + + + + +'
+ + + „ + + + + + + + + + + + + + +
— «i +■ + + + jc"^
D
вов, горизонтальная амплитуда смещения по которым меняется от 4-5 до 25-30 км [Дотдуев, 1987]. По оценкам В.Е. Хаина [1982], общая величина горизонтального сжатия Кавказской структуры составляет не менее 200 км.
Считается, что формирование горной системы Кавказа в современных очертаниях началось в позднеальпийское время, и за последние пример-
но 16.5 млн лет здесь имело место несколько (до пяти) основных фаз сжатия [Никишин и др., 1997]. Каждая из этих фаз сопровождалась быстрым погружением молассовых бассейнов, окаймлявших Большой Кавказ. Тектонические движения четвертичного времени дифференцируются более детально. В частности, отмечается, что на восточном крыле Большого Кавказа скорость
Изотопно-геохимические особенности спонтанных газов грязевых вулканов Грузии
о
а\
№ на рис. 1 Место отбора № обр. Дата отбора со2 СН4 N2 02 + Аг 513С %с РБВ Не N6 Аг г н и ДоР X х & н Дор X х и £ О д Т1- С СП ¡-ч С о Ссылка
%об. СН4 со2 ррт
1 г.в. Ахтала 9709 1997 1.02 96.16 2.77 0.05 -46.2 - 67.6 0.14 196 130 130 516 333.0 1
1 г.в. Ахтала поле 1 ГИБ1 - - - - - - - 71 0.097 162 135 135 800 355.6 1
1 г.в. Ахтала поле 2 ГИБ2 - - - - - - - 70 0.122 169 139 139 626 352.6 1
1 г.в. Ахтала поле 1 - 1977 8.18 89.9 1.75 н.о. -43.0 -9.8 - - - - - - - 2
1 г.в. Ахтала поле 3 - 1977 5.88 90.82 2.13 н.о. -46.0 -15.8 50 - - 120 - - - 2,3,4
1 г.в. Ахтала - - - - - - - - 50 - - 122 - - - 3
1 г.в. Ахтала поле 4 - 1977 3.03 85.34 11.62 н.о. -46.4 -8.1 - - - - - - - 2
1 ист. Ахтала - - - - - - - - - - - 9.7 - - - 4
3 ист. Мжаве (Пховели) 9701 1997 2.48 84.55 12.66 0.31 -47.5 -32.3 7.5 0
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.