научная статья по теме ИЗОТОПЫ ГЕЛИЯ В ГАЗАХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ЗАПАДНОГО КАВКАЗА Геология

Текст научной статьи на тему «ИЗОТОПЫ ГЕЛИЯ В ГАЗАХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ЗАПАДНОГО КАВКАЗА»

УДК 551.2-551.42

ИЗОТОПЫ ГЕЛИЯ В ГАЗАХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ЗАПАДНОГО КАВКАЗА

© 2011 г. Б. Г. Поляк, В. Ю. Лаврушин, С. Ингуаджиато*, О. Е. Киквадзе

Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7;

E-mail: polyak@ginras.ru *Национальный институт вулканологии и геофизики (INGV) (Istituto Nazionale di Geofísica e Vulcanologia, Sez. Palermo) Via Ugo La Malfa, 153, 90146 Палермо, Италия Поступила в редакцию 13.04.2011 г.

В пределах орогена Большого Кавказа исследованы газы минеральных источников, пластовых вод и грязевых вулканов западнее долины р. Теберды (10 объектов) и двух источников его центрального сегмента между активными вулканами Эльбрус и Казбек. Во всех пробах изучен изотопный состав гелия как индикатор примеси мантийного компонента. В западном сегменте орогена определены значения 3Не/4Не = Яиспр в диапазоне (46—114) х 10-8 = (0.33—0.81)^атм, где ^тм =1.4 х 10-6 — атмосферное отношение. Они существенно ниже наблюдающихся в ближайших окрестностях Эльбруса и Казбека, но близки к обнаруженным в пробах из центрального сегмента орогена — (70—134) х 10-8 = = (0.50—0.96)^тм, — а также определенным ранее в районе Кавказских Минеральных Вод. При этом относительное содержание 3Не в них гораздо выше корового радиогенного уровня, характерного для грязевых вулканов Таманского полуострова, где R = (1.4—2.8) х 10-8 = (0.01—0.02)^тм. В азотно-метановом газе из северных предгорий Западного Кавказа вместе с примесью мантийного гелия найдены неатмогенные компоненты — радиогенный 40Ar (40Ar/36Ar = 900) и "избыточный" азот (~87% общего содержания N2 в пробе). Полученные данные детализируют распределение вклада мантийных дериватов вдоль простирания орогена, позволяя уточнить возраст интрузивной магматической активности в разных его сегментах.

Пространственно-временные соотношения тектонической и магматической активности отражают специфику взаимодействия коры и мантии в конкретных звеньях мобильных поясов на разных стадиях их эволюции. Это хорошо видно в мегантиклинории Большого Кавказа, который при смене геодинамических обстановок неоднократно претерпевал тектоно-магматическую активизацию. Внешними ее проявлениями были разнообразные деформации, орогенез и вулканизм, а скрытыми — интрузивный магматизм. Скрытая разгрузка тепломассопотока из недр становится очевидной только после эксгумации интрузивных тел. Но вещественные доказательства этой разгрузки можно обнаружить и раньше — посредством изучения изотопов гелия в подземных флюидах. Основы генетической интерпретации изотопно-гелиевых данных неоднократно излагались в литературе [Мамырин, Толстихин, 1981; Tolstikhin, Kramers, 2008 и др.] и вкратце сводятся к следующему.

В природе существуют два типа гелия — первозданный с Rprim ~1 х 10-4, возникший при рождении Вселенной и присутствующий в космическом веществе, который был захвачен Землей при аккреции, и радиогенный гелий, возникающий в теле планеты благодаря распаду урана и тория и

бомбардировке выделяющимися при этом тепловыми нейтронами изотопа 6Li. В зависимости от содержания U, Th и Li в породах и минералах отношение концентраций изотопов 3Не и 4Не в радиогенном гелии очень широко варьирует — от ~10-14 в урановых минералах до ~10-5 в богатых литием пегматитах [Толстихин, Друбецкой, 1976]. Но, как показали эти исследователи, при типичных для земной коры кларковых содержаниях U, Th и Li расчетное значение 3Не/4Не = RKoP ~2 х х 10-8. При региональных исследованиях выяснилось, что преимущественно такой гелий реально содержится в подземных флюидах древних континентальных платформ — в них среднее значение Rep ~ (2 ± 1) х 10-8 [Поляк и др., 1979а]. По этим причинам И.Н. Толстихин назвал гелий такого состава "каноническим радиогенным коро-вым гелием".

В современной атмосфере Rra = 1.4 х 10-6, что указывает на присутствие в ней следов первозданного гелия. Остатки такого гелия до сих пор содержатся в мантии, отчего в продуктах ее дифференциации и дегазации значение R больше атмосферного. В базальтах срединно-океанических хребтов (Mid Ocean Ridge Basalts) определено значение ^mORb = (1.15 ± 0.1) х 10-5, а в продуктах вулканизма "горячих точек", или мантийных

плюмов (типа Гавайев, Исландии и.т.п.), корни которых лежат намного глубже резервуара MORB (как считается, в слое D'' на границе ядра и мантии), оно приближается к ~ 5 х 10-5. "Подконти-нентальной" мантии приписываются значения R

несколько меньшие, чем в MORB--(0.7—0.9) х

х 10-5 и сходные с оцененными в "островодуж-ной" мантии по составу гелия в газах активных вулканов и гидротерм [Мамырин, Толстихин, 1981; Jenden et al., 1988; Marty, Tolstikhin, 1998; Hilton et al., 2002; Dunai, Porcelli, 2002 и др.].

Гелий, обогащенный легким изотопом 3He по сравнению с каноническим радиогенным, поступает в кору вместе с мантийными расплавами [Поляк и др., 19796; Polyak, Tolstikhin, 1985; O'Nions R.K., Oxburgh, 1988]. В конечном счете, как показал Э.К. Герлинг [1957], гелий из пород "убегает" в омывающие их подземные флюиды. В них значения R осредняются в соответствии с вкладами гелия из всех его источников, так что флюиды из областей фанерозойского магматизма содержат гелий с величинами R, промежуточными между Rmorb и RKOP [Polyak, Tolstikhin, 1985].

Большой Кавказ (БК) изобилует холодными и термальными источниками минеральных вод, часто газирующими на выходе. Основные компоненты их газовой фазы — СО2, N2 и CH4, а главные примеси — H2S, Ar и He. Изотопы гелия в кавказских подземных флюидах изучаются более трех десятилетий [Матвеева и др., 1978; Поляк и др., 1995, 1996, 1998; Лаврушин и др., 1996, 2001, 2007, 2009 и др.]. Детальное опробование углекислых источников Кавказа обнаружило в их газах примесь мантийного Не. Она оказалась максимальной в наиболее изученном центральном сегменте БК, "выплеснувшись" и на прилегающую с севера Минераловодскую седловину, связывающую его со Скифской плитой [Polyak et al., 2000 и др.]. Вдоль простирания БК распределение величин R в подземных флюидах было изучено менее подробно, что и предопределило постановку данного исследования.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА

Мегантиклинорий Большого Кавказа (БК) — элемент Альпийско-Гималайского подвижного пояса, сформировавшегося благодаря закрытию океана Тетис и коллизии континентальных плит. Строение и развитие БК описано во многих публикациях, в том числе и специально посвященных его западному сегменту [Хаин и др., 1962; Ги-оргобиани, Закарая, 1989; Несмеянов, 1992; Афа-насенков и др., 2007; Маринин, Расцветаев, 2008 и др.].

Согласно Ю.Г. Леонову [2007], в истории БК имели место несколько тектонических эпох, в том числе раннеальпийская (киммерийская), завер-

шившаяся в верхней юре, и позднеальпийская — в неогене—квартере. После первой регион БК разделился на область южного склона и отделенную от нее Главным Кавказским разломом область северного склона с осевой зоной. Эту зону В.Е. Хаин [1994] считал островной дугой, отождествляя ее с выходом на поверхность зоны поддвига под БК Закавказского массива и видя в ней, таким образом, проявление "внутриконтинентальной" субдукции. Согласно Ю.Г. Леонову [2007], Главный Кавказский разлом — это крутой с наклоном к северу разрыв с амплитудой порядка 15 км. Он интерпретируется как прослеживающаяся до глубин около 80 км долгоживущая область повышенной магматической проницаемости [Шемпелев и др., 2005; Видяпин, Сомин, 2007]. Благодаря ей в мегантиклинории БК в поздней юре, мелу и палеогене возникли разнообразные тела внедрения, названные Д.С. Белянкиным [1912] "неоинтрузиями". Как выяснилось позже, они приурочены к системе субширотных ослабленных зон, связанных с Главным Кавказским разломом, причем предполагалось, что в таких местах "на глубине... располагаются крупные батолиты протяженностью свыше 100 км, апофизы которых на поверхности отвечают группам молодых интрузивных массивов, неоднократно подпитывавшихся на разных стадиях мезокайнозойской магматической активизации" [Гурбанов, Фаворская, 1977, с. 45].

В западном сегменте БК такие неоинтрузии образовали Кардывачский центр магматической активности, расположенный в осевой части мега-антиклинория в междуречье рек Мзымта, Бзыбь, Авадхара, Лачипсе, Малая Лаба, Безымянка и Ца-хвоа. Он представляет собой серию сближенных маломощных интрузивных тел преимущественно основного состава с K-Ar возрастом от 178 ± 12 до 31 ± 6 млн лет, принадлежащих к четырем петро-химическим формациям: габбро-диоритовой (J2_3), базальт-трахитовой (K1-2) и субщелочным гранитной (К2) и габброидной (Pg) [Афанасьев, Гурбанов, 1974; Борсук, 1979]. Дайки последней — без-оливиновые эссекситы — в верхнем течении р. Мзымты, в отличие от более древних образований Кардывачского массива, имеют транскавказское (субмеридиональное) простирание. Стоит напомнить, что район верховьев р. Мзымты, как и соседний район Большого Сочи, и сегодня отличается повышенной сейсмичностью [Рогожин, Овсюченко, 2005]. Меловые габброиды известны и западнее Кардывачской интрузии — в верховьях рек Лоо и Сочи [Борсук, 1963]. В контексте данного исследования важно подчеркнуть, что "интрузивные образования, известные в пределах Кардывачского магматического узла, не имеют эффузивных аналогов" [Афанасьев, Гурбанов, 1974, с. 44].

В позднеальпийскую эпоху под влиянием северного дрейфа Аравийской плиты началось воз-

дымание мегантиклинория Большого Кавказа [Леонов, 2007; Philip et al., 1989 и др.]. В его центральном сегменте оно сопровождалось магматической активностью, которая возобновилась здесь после значительного перерыва, наступившего не позднее середины мела [Милановский, Короновский, 1973; Короновский, Демина, 2007]. Возникли вулканы Эльбрус и Казбек, а также более мелкие эруптивные центры. Близ восточной вершины Эльбруса еще недавно отмечалась слабая сольфатарная деятельность [Масу-ренков, Пантелеев, 1962]. Этот позднеорогенный вулканизм охватил не только наиболее приподнятый участок БК, но и прилегающую часть Скифской плиты (Минераловодскую седловину), где развиты известные лакколиты Пятигорья с Rb-Sr возрастом 7.8—8.2 млн лет [Поль и др., 1993], так что возникшая Эльбрусско

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.

Показать целиком