УДК 551.23+551.242.4
НОВЕЙШАЯ ТЕКТОНО-МАГМАТИЧЕСКАЯ АКТИВИЗАЦИЯ КОЛЮЧИНСКО-МЕЧИГМЕНСКОЙ ЗОНЫ ЧУКОТСКОГО ПОЛУОСТРОВА (ПО ДАННЫМ О СОСТАВЕ ГАЗОВ ГИДРОТЕРМ)
© 2010 г. Б. Г. Поляк*, В. Ю. Лаврушин*, А. Л. Чешко*, Э. М. Прасолов**, И. Л. Каменский***
*Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., д. 7 **Всероссийский научно-исследовательский геологический институт МПР (ВСЕГЕИ), 199106, Санкт-Петербург, Средний пр., 74 ***Геологический институт КНЦРАН, 184209, Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14
Поступила в редакцию 17.03.2010 г.
На Чукотском полуострове изучены 33 группы термоминеральных источников. Выявлена специфика термальных флюидов в Колючинско-Мечигменской зоне (КМЗ). Зона отвечает новейшей депрессии, отличающейся проявлениями вулканизма основного состава и высокой сейсмичностью. Особенности газов в источниках КМЗ — углекислый состав, максимальная доля мантийного гелия, обогащение углекислоты изотопом 13С, примесь неатмогенного азота, избытки 40Аг и 15М по сравнению с атмосферой, вместе с максимальным обеднением термальных вод дейтерием и тяжелым кислородом и наивысшими оценками глубинных температур в резервуарах гидротерм — указывают на современный подъем мантийного диапира, поставляющего в кору гелий, обогащенный 3Не, и тепловую энергию, провоцирующую термометаморфизм пород и деградацию вечной мерзлоты.
ВВЕДЕНИЕ
Термальные источники — одно из проявлений геотермальной активности, характеризующей геодинамическую обстановку в изучаемом блоке земной коры. Местоположение источников и особенности их состава отражают региональные особенности геологического строения и эволюции блока.
В полярных областях с отрицательной среднегодовой температурой подземные воды с температурой выше 0°С, как отметил К. Кейльгак еще в начале прошлого века [14], следует считать "термальными". Разгрузка таких вод на дневную поверхность сопровождается адвективным выносом внутриземного тепла, дополняющим фоновые кондуктивные теплопотери. Поэтому на Чукотском полуострове к термальным относятся все источники, разгружающиеся круглогодично (в зимнее время они формируют широко распространенные в таких областях наледи). Как правило, воды таких источников даже с температурой, близкой к 0°С, содержат заметные количества растворенных солей, и состав газов, выделяющихся из этих вод, отличается от атмосферного воздуха.
Как и вулканизм, гидротермальная деятельность есть наглядное проявление тепломассопереноса в недрах Земли, определяющего геодинамическую и в том числе тектоническую активность. Энергетические (геотермические) следствия этого процесса неразрывно связаны с материальными (геохимическими). Последние, выражающиеся в составе подземных флюидов, были объектом нашего исследования. Оно было направлено, главным образом, на
выявление во флюидах коры признаков дегазации мантии. Единственный однозначный признак такого рода, как установлено работами Б.А. Мамыри-на, И.Н. Толстихина, Г. Крэйга и их соавторов, — изотопный состав гелия в этих флюидах.
Как известно [21, 27], канонический радиогенный гелий, образующийся в земной коре благодаря распаду и и ТЬ, характеризуется отношением изотопов 3Не/4Не = ЯСК = (2 ± 1) х 10-8. Такой гелий присутствует в газах древних континентальных платформ. Но в современной атмосфере ЯА = = 1.4 х 10-6, указывая на присутствие в ней следов первозданного гелия с ЯРЯ1М ~1 х 10-4, захваченного Землей при аккреции. Остатки такого гелия до сих пор содержатся в мантии. Вот почему значение Я в продуктах дегазации мантии на 3 порядка величины выше, чем в каноническом радиогенном коровом гелии. В резервуаре МОЯВ это отношение составляет ЯМОЯВ = (1.15 ± 0.1) х х 10-5 [40]. Гелий, обогащенный легким изотопом 3Не, поступает в кору вместе с мантийными расплавами [21, 22, 41, 42]. В конечном счете, как показал Э.К. Герлинг [9], гелий из пород "убегает" в омывающие их подземные флюиды. В них значения Я осредняются в соответствии с вкладами всех источников гелия, и возникающее среднее значение представляет собой фоновую квазистационарную характеристику той или иной тектонической структуры.
Флюиды из областей фанерозойского магматизма содержат гелий с величинами Я, промежуточными между ЯМОЯВ и ЯСЯ; чем древнее возраст магматизма, тем меньше значения Я [21, 42]. На Чукотке магматическая активизация происходила неоднократно и дискретно в пространстве и
99
7*
времени. Поэтому мы поставили себе целью поиск ее следов в изотопном составе гелия в подземных флюидах разных районов Чукотского полуострова.
Эта статья представляет данные, характеризующие 33 группы термальных источников. Результаты, полученные для 9 групп, опробованных со-
1
трудниками ГИН РАН в 2002 г., были частично опубликованы ранее [30, 44]. Эти результаты существенно дополнены анализами образцов, собранных тем же отрядом в 2004 г., а также изучением некоторых проб, взятых в 2004 и 2005 гг. сотрудниками ФГУП "ГЕОРегион" (Анадырь), которые любезно предоставили их нам для аналогичных анализов.
Во всех группах источников была установлена общая минерализация вод (45 определений). В 26 группах были измерены содержания азота, метана и углекислоты в составе газов, спонтанно выделяющихся из вод (по 30 измерений [СО2], ^2] и [СН4]); в 23 группах определен изотопный состав Н2О (41 измерение 5D и 5180), а также концентрации и изотопный состав гелия и аргона (по 30 измерений 3Не/4Не, 40Лг/36Лг и 4Не/20Ш); в 18 группах определен изотопный состав азота (25 измерений 515^, в 17 — углерода углекислоты (19 измерений 513С). Концентрации макрокомпонентов газовой фазы определялись в ГИН РАН (Москва), изотопные измерения производились в лабораториях ГИ КНЦ РАН (Апатиты), ФГУП "ВСЕГЕИ" (Санкт-Петербург) и Национального Института геофизики и вулканологии Италии (INGV, Палермо, Италия).
Местоположение опробованных источников показано на рис. 1. Проведенные исследования обнаружили закономерные пространственные вариации химического и изотопного состава чукотских термальных флюидов и выявили специфику секущей полуостров с северо-запада на юго-восток Колючинско-Мечигменской зоны, которую К. Фуджита с коллегами назвали "самой активной и загадочной из... зон Чукотки" [34, с. 264].
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА
В недавнем обзоре тектоники Восточной Арктики С.Д. Соколов констатировал, что ".неравномерность и слабая изученность многих объектов и комплексов <этого региона> являются главными причинами разнообразия существующих точек зрения, неоднозначности и дискуссионно-сти решений относительно тектонической природы и геологической истории основных структур..." [26, с. 205]. Строение Чукотского полуострова тоже до сих пор изучено недостаточно, и имеющиеся тектонические схемы, в частности, опубликованные И.Л. Жулановой [11], Ю.А. Вла-
1 В полевых работах и анализе собранных тогда материалов
участвовал Е.А. Вакин, сотрудник Института вулканоло-
гии и сейсмологии ДВО РАН, скончавшийся 13 сентября
2003 г.
димирцевой и Е.П. Сурмиловой с соавторами [7], Н.И. Филатовой и В.Е. Хаиным [29], во многом противоречивы.
Древнейшие породы с K-Ar возрастом не старше 1630 млн. лет [7], обнажающиеся на северо-востоке и юге полуострова, слагают докембрий-ский Восточно-Чукотский массив — западный блок Эскимосского срединного массива, или Чу-котско-Сьюардского микроконтинента (рис. 2). В течение фанерозоя в районе исследований имели место несколько фаз тектоно-магматической (тектоно-термальной) активизации.
Самым древним ее проявлением, по-видимому, был метаморфизм зеленосланцевой и амфи-болитовой фаций, в интервале 430—262 млн. лет затронувший местами породы палеозойского карбонатно-терригенного чехла Восточно-Чукотского массива [7].
Следующая, пермо-триасовая фаза проявилась в виде габброидных интрузий и многочисленных разрывных нарушениях сбросового типа в Колючинско-Мечигменской зоне (КМЗ), отвечающих позднейшей (неотектонической) депрессии, тянущейся от Колючинской губы до Мечиг-менского залива. Габброиды охарактеризованы единственной пока U-Pb датировкой 252 млн. лет [18], а из нарушений крупнейшим считается ограничивающая КМЗ с северо-востока "Игельвеем-ско-Лоринская шовная коллизионная зона" [7, с. 64]. Пространственная ассоциация базитового магматизма, разломов и распространенных в той же полосе терригенных триасовых пород привела к представлению (см. [7, 11, 16, 17]) о существовании в КМЗ доюрского структурного прогиба, который был назван В.Ф. Белым "Мечигменской грабен-синклиналью рифтового типа" или "Мечигменской рифтовой зоной" [3, с. 52—53].
В мезозое произошла гранитизация дорифей-ского фундамента [11] и внедрение гранито-гней-совых куполов [8], а в конце его возник наложенный Охотско-Чукотский вулкано-плутонический пояс [2, 4], отчасти замаскировавший прежний структурный план территории.
В кайнозое тектоно-магматическая активизация выразилась в формировании наложенных депрессий, главным образом, в КМЗ [7], и базальтовом вулканизме, который в неоген-четвертичное время спорадически проявился на всем северо-востоке Азии [15, 28]. Из его проявлений на востоке Чукотки наиболее изучены Энмеленские вулканы (близ т. 27 на рис. 1), действовавшие с 3.9 до 10.7 млн. лет назад [1]. В других местах полуострова при геологических съемках 1 : 200000 масштаба в 1960-80-х годах Г.И. Богомоловым, Ю.А. Борзаковским, В.П. Зинкевичем, Ю.В. Крюковым, И.А. Никитиным, С.Г. Романовой и др. были отмечены потоки и дайки базальтов, абсолютный возраст которых остался неопределенным. Эти проявления приурочены, в основном, к неотектоническим впадинам — Колючинско-Мечигменской, запол-
176° 175° 174° 173° 172° 171° 170° з.д.
Рис. 1. Температура вод термоминеральных источников Чукотского полуострова, °С
1 - ниже 25; 2 - 25—50; 3 - 51—75; 4 — выше 75. Цифрами обозначены группы источников: 1 — Чаплинские (87.5°С),
2 - Сенявинские (78.7°С), 3 - Аракамчеченские (37.4°С), 4 - Кивакские (43.1°С), 5 - Кукуньские (60°С), 6 - Мечиг-менские (97°С), 7 - Бабушкины Очки (21°С), 8 - Туманные (55.1°С), 9 - Дежневские (69°С), 10 - Нэшканские (52.6°С), 11 - Тэюкейские (6°С), 12 - Куб (7°С), 13 - Вытхытявеемские (65°С
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.