научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ГАЛОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ГИДРО-, ЛИТО- И БИОСФЕРУ ЗЕМЛИ Геология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ГАЛОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ГИДРО-, ЛИТО- И БИОСФЕРУ ЗЕМЛИ»

ГЕОХИМИЯ, 2011, № 9, с. 981-992

ВЛИЯНИЕ ГАЛОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ГИДРО-ЛИТО- И БИОСФЕРУ ЗЕМЛИ

© 2011 г.

Л. Г. Богашова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова 119992 Москва, Ленинские горы Геологический факультет e-mail: lbog@geol.msu.ru Поступила в редакцию 12.02.2010 г.

Масштабность галогенных процессов и агрессивность жидких продуктов галогенеза — рассолов дают основание утверждать, что в геологической истории Земли эти процессы должны были сыграть значительную и многоплановую роль. Эвапоритовый процесс изымал из океана огромные массы солей и превращал в непригодные для обитания биоты окраинные моря, во много раз повышая в них соленость. Длительное (104—106 лет) формирование солеродных бассейнов сопровождалось столь же длительной нисходящей фильтрацией рассолов, которые играли важную роль в преобразовании минерального состава пород осадочной оболочки и ее водной составляющей. Изучение поведения галогенных рассолов на седиментационной и постседиментационной стадиях формирования позволили расшифровать многие аспекты генетических связей рудо- и нафтидогенеза с галоге-незом и дать количественную оценку этих связей. Проанализированы механизмы и результаты воздействия галогенных процессов на гидро-, лито- и биосферу и разработана обобщенная модель галогенного пресса на перечисленные сферы Земли.

Ключевые слова: галогенез, эвапориты, подземные рассолы, гидросфера, биотические кризисы, рудооб-разования.

ГАЛОГЕНЕЗ И ГИДРОСФЕРА

Галогенез и океан

Территориальные и временные масштабы галогенных процессов на Земле были грандиозными. Соленосные формации выявлены во всех периодах фанерозоя и занимают более 1/3 территории континентов (рис. 1, табл. 1. по [1, 2]). При этом нужно учитывать, что огромные массы солей были уничтожены орогенными и метаморфическими процессами. Имеется много фактов, указывающих на то, что

процессы галогенеза имели место и в дофанерозой-ской истории Земли, начиная с появления океана. Это — высокие содержания хлора в докембрийских скаполитах [3], значительные количества первично-осадочной сульфатной серы в доломитовых мраморах (1800 млн. лет) и в карбонатах Алданского щита (3.2—3.5 млрд. лет) [4] и т.д.

В данном разделе статьи речь идет о морской составляющей гидросферы, поскольку именно морской (а не континентальный) галогенез в геологиче-

Таблица 1. Площади и объемы сульфатных и каменной солей в палеозойских солеродных бассейнах [2]

Отношение:

Площади размещения, n х 106 км2 Объемы эвапоритов, n х км3 сульфатные соли

Период каменная соль

гипсы, ангидриты каменная соль гипсы, ангидриты каменная соль площади объемы

P 6.62 2.59 1.48 х 105 1.28 х 106 2.55 0.11

C 3.74 0.61 6.45 х 104 1.72 х 105 6.10 0.37

D 3.97 0.78 1.51 х 105 1.54 х 105 5.10 1.00

S 1.43 0.26 6.21 х 103 2.60 х 104 5.50 0.24

O 1.49 0.35 2.00 х 104 2.50 х 104 4.30 0.80

е 5.65 4.51 2.39 х 105 1.29 х 106 1.30 0.18

Pz 22.90 9.10 6.29 х 105 2.99 х 106 2.50 0.21

Рис. 1. — Площади размещения эвапоритов в фанерозое [1]. 1 — каменная соль, 2 — ангидриты.

ской истории Земли сыграл основную роль, оставив на площадях в миллионы км2 "следы" в виде мощных толщ разнообразных солей и еще более огромные объемы подземных рассолов. Влияние галогенных процессов на гидросферу следует поэтому рассматривать с двух позиций: через непосредственное воздействие на океан и на подземные воды областей размещения солеродных палеоморей.

Массы солей, заключенные ныне в осадочной толще, являются результатом "работы" обширных солеродных бассейнов, которые формировались на базе окраинных морей, заливов и лагун в периоды потепления климата и усиления аридизации. Такие периоды галогенной седиментации продолжались десятки и сотни тысяч лет, прерываясь периодами терригенной седиментации. Так, время формирования ангидритовой формации, подстилающей гали-товую толщу в Делаварском солеродном бассейне, оценивается в 200—300 тыс. лет [5], гипсоносная толща в Кунгурском бассейне формировалась 150— 200 тыс. лет [6].

Естественно, что за эти периоды из океана выводились огромные массы сульфатных и хлоридных солей. Только за палеозой из океана было выведено в твердую фазу 6.9 х 1015 т каменной соли и 1.6 х 1015 т сульфатов кальция [2].

Мезо-кайнозойский период в истории Земли также был богат седиментацией солей. По ориенти-

ровочным данным, в целом за фанерозой на формирование месторождений солей из океана было изъято более 15 х 1015 т солевой массы.

Простые расчеты с экстраполяцией данных по объемам палеозойских солей на весь период "жизни" океана (3.5 млрд. лет) показали, что через океан и солеродные моря прошли объемы солей (3.8 х х 107 км3) лишь на порядок меньше объема самой осадочной оболочки (7.65 х 108 км3) [7].

Огромные массы солей из океана изымались не только при седиментации твердых солей, но также в процессе нисходящей фильтрации (плотностной конвекции) рассолов в подэвапоритовые осадочные толщи. На основании соотношения рапы и солей при седиментации последних мы рассчитали объемы рассолов, которые продуцировали солеродные бассейны [8]. Эти расчеты показали, что объемы палеозойских рассолов (1.59 х 108 км3) соизмеримы с объемами осадочных пород (7.65 х 108 км3). При солености равной 150 г/л такой объем рассолов мог изъять из океана до 24 х 1015 т солей. Однако, необходимо при этом учитывать, что рассолы, погружающиеся в подэвапоритовые осадочные и метаморфические толщи под "напором" более плотных рассолов мигрировали в зоны с меньшими пластовыми давлениями, разгружались в зонах разломов и включались в новые гидрологические циклы. Значительная часть рассолов вовлекалась в

1500 1000 500 0

-500 1000 1500 -2000 -2500

м Енисейская ангаро-ленский бассейн

складчатая

Бирюса Ангара Илим

Джугджурская складчатая область

ЯКУТСКИЙ БАССЕЙН

Джерба НаманаЛенаТуолба

о

ом к

1000 500

0

500 1000 1500 2000 2500

Рис. 2. Схематический гидрохимический разрез через Восточно-Сибирсную платформу [11]. 1 — зона А (М до 1 г/л); 2 — зона Б (М до 10 г/л); 3 — зона В (М до 50 г/л); 4 — подзона Г (М до 270 г/л); 5 — зона Г (М > 270 г/л); 6 — стратиграфические границы; 7 — границы гидрохимических зон.

высокотемпературные процессы. Поэтому количественно оценить участие захороненных рассолов в выводе солей из океана весьма сложно. Но можно рассчитать ту часть солевой массы, которая до настоящего времени сохранилась в осадочных отложениях в составе поровых и пластовых вод. По данным В.П. Зверева [9] в настоящее время масса свободных и физически связанных вод в осадочной оболочке континентальной коры составляет 91 х х 1015 т. До 2/3 объема этих вод представлены солеными и рассольными водами (рис. 2) [10, 11], т.е. масса таких вод может равняться ~60 х 1015 т. При средней солености в 150 г/кг, общая масса солей содержащихся в пластовых и поровых (физически связанных) водах равна 9 х 1015 т. Суммируя массы солей, заключенных в осадочной толще в твердой фазе (15 х 1015 т) с рассчитанными по рассолам, получаем 24 х 1015 т. Такая солевая масса была изъята галогенными процессами из фанерозойского океана и сохранилась до настоящего времени в форме соляных отложений и подземных вод. Компенсация выведенных из океана солей осуществлялась, прежде всего, за счет соляных отложений, сформировавшихся в периоды , предшествующие фанеро-зою, а также и за счет самих фанерозойских солей, массы которых в осадочной оболочке значительно превышали современные.

В какой степени галогенные процессы с изъятием огромной массы солей из океана влияли на его солевой баланс?

Известно, что периоды активизации галогенных процессов, как правило, сопровождались тектонической активностью, что способствовало разрушению, растворению солей, выносу их в разломные зоны и далее с подземным и, в меньшей степени, с поверхностным стоком — в океан. Но, поскольку активизация галогенеза была связана с потеплением климата и усилением аридизации, вынос вещества с поверхностным стоком из-за сокращения площадей водосбора должен был значительно снижаться. Кроме того, потепление климата приводило к таянию льдов, что также способствовало нарушению солевого баланса в океане в сторону понижения его солености. Вопрос о том, какие из перечисленных факторов оказывали большее влияние на соленость и состав океанических вод, является открытым.

Приведенные расчеты, несмотря на их ориентировочный характер, дают достаточно наглядное представление о масштабности воздействия галогенных процессов на океан.

Галогенез и подземные воды

Геологические и гидрохимические исследования подэвапоритовых отложений показали, что в прогрессивно- и длительно развивающихся солерод-ных бассейнах воздействие галогенных процессов распространяется на всю осадочную толщу и на ее водную составляющую. Главным агентом этого воздействия служит возникающий на границе придонных и иловых вод градиент плотности, который обусловливает погружение более плотных вод в сферу менее плотных с вытеснением последних [8, 12-14].

Воздействие галогенеза на подземные воды зависело от длительности формирования солеродно-го бассейна и стадии концентрирования рапы в бассейне. Чем длительнее шло осолонение бассейна, тем на большую глубину в осадочном чехле могла профильтроваться рапа, а во многих случаях объем нисходящей рапы в несколько раз превышал объем пор подэвапоритовых отложений.

Судьба рассолов - фильтратов определялась не только стадиями осолонения бассейна, но и наличием тектонически ослабленных зон, в которых осуществлялась их разгрузка при вытеснении более плотными рассолами. Такие зоны разгрузки рассолов выявлены на Сибирской платформе и в других регионах с соленосными формациями [15].

В ряде публикаций [8, 16 и др.] мы подробно рассматривали причины и условия нисходящей фильтрации галогенных осолоняющихся вод, поэтому в данной статье ограничимся лишь краткими, наиболее важными, сведениями по этой проблеме.

О том, что для галогенных вод в осадочной толще нет преград, свидетельствуют конкретные геологические и гидрохимические данные.

Во-первых, это соответствие состава и минерализации пластовых рассолов подэвапоритовых о

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