Формирование подземных флюидов Большого Кавказа и его обрамления в связи с процессами литогенеза и магматизма

Результаты расчета изотопного состава кислорода и водорода формационных вод, находящихся в равновесии с иллитом и метаном, обобщены на (рис. 16). Линии равновесного обмена иллит-СН₄-Н₂О занимают положение, близкое к тренду составов вод грязевых вулканов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В отличие от модели рэлеевской дистилляции-конденсации, этот вариант базируется на реальных температурных параметрах формирования вод. Поэтому модель согласуется с наблюдаемойна Тамани и в Кахетии общей географической зональностью изотопных параметров воды и других температурно-зависимых компонентов грязевулканических выбросов (например, д¹³С(СН₄) и д¹¹В глин).

Эта модель объясняет и химические особенности вод. Поскольку процесс иллитизации смектита сопровождается 2-10-кратным снижением ионообменной емкости глин [Попов, Абдрахманов, 1990], в поровое пространство пород выделяется значительное количество маломинерализованной межслоевой и рыхлосвязанной воды, обогащенной ¹⁸О, щелочными металлами и бором (за счет десорбции). Обнаруженные прямые корреляции д¹⁸О с концентрациями этих компонентов и обратные с концентрациями Cl, I, Br согласуются с гипотезой об определяющей роли процесса иллитизации смектита в формировании как солевого, так и изотопного состава воды.

Один из «побочных» продуктов синтеза углеводородов - углекислота, регулирующая концентрацию НСО₃^-. Поэтому прямая корреляция [НСО₃^-] с величиной дD, очевидно, отражает взаимосвязь изменения изотопного состава воды и степени преобразования органического вещества в литогенезе.

Таким образом, наблюдаемые химические и изотопные составы грязевулканических вод лучше всего соответствуют модели изменения изотопного состава воды в результате совокупного воздействия процессов иллитизации смектита и синтеза углеводородов, протекающих при различных температурах. Однако следует заметить, что рассмотренные модели очень формальны и поэтому не могут полностью объяснить все имеющиеся геохимические и геологические особенности грязевулканической деятельности. Можно лишь предположить, что наиболее близко соответствуют реальным наблюдениям два последних варианта эволюции изотопных параметров водной фазы грязевулканических выбросов. Совершенно очевидно, что эти процессы в природе протекают не изолированно, а могут дополнять друг друга. Совместный их учет, вероятно, позволит исключить противоречия расчетов с некоторыми натурными геохимическими данными. Рассмотренные модели формирования грязевулканических флюидов могут быть полезны и для понимания процессов, определяющих геохимические особенности нефтяных вод осадочных бассейнов региона.

Заключение

Проведенные исследования флюидных систем Большого Кавказа и его обрамления позволили оценить взаимоотношение корового и мантийного источников вещества их различных составляющих. Показано, что роль мантийного источника почти всегда незначительна. Установлено, что углекислые воды, генетически связанные с проявлениями молодого вулканизма, гетерогенны по своему генезису. В их газах на фоне больших объемов метаморфогенной СО₂ мантийная составляющая почти незаметна, а метан, присутствующий в углекислых газах, имеет осадочный генезис. В питании этих источников доминируют воды атмогенного происхождения, в изотопном составе которых сохраняются признаки высотной зональности, характерной для современных атмосферных осадков. Однако, не внося существенного материального вклада, магматическая активность определяет температурные условия флюидогенерации. На Большом Кавказе установлены признаки современной термической активности, ассоциирующиеся с магматическими камерами плиоцен-четвертичных вулканических центров. Вблизи этих центров солевой состав вод обогащается бором, щелочными и щелочноземельными металлами, а в составе газов появляется термогенный метан.

На базе новых данных о величине ³Не/⁴Не в газах минеральных вод Большого Кавказа определена северная граница Казбекской вулканической области, которая в отличие от Эльбрусской, имеет субширотное простирание, ограничиваясь южным склоном Передового хребта. Детально исследовано распределение величин ³Не/⁴Не в газах Приэльбрусья и показана возможность использования этих данных для определения границ магматической камеры. С помощью изотопно-гелиевого метода также подтверждено наличие в разрезе Средне-Куринской впадины глубинного интрузивного тела, установленного ранее по геофизическим данным. Высокие значения ³Не/⁴Не в газах этого района указывают на кайнозойской возраст интрузии. Таким образом, результаты исследования изотопов гелия в спонтанных газах минеральных вод позволяют уточнить существующие геодинамические схемы Кавказского региона и однозначно доказывают мантийную природу новейших вулканитов Большого Кавказа.

С углекислыми водами контрастируют метановые воды грязевулканических систем. Их образование происходит в едином геохимически-уравновешенном резервуаре, располагающемся в толще осадочных пород. Доказано, что явление грязевого вулканизма генетически связано с осадочным циклом преобразования органического и глинистого вещества.

Рассмотрена возможность использования травертинов для палеогидрогеологических реконструкций. Показано, что с их помощью могут быть определены некоторые особенности солевого состава вод (минерализация, концентрации некоторых элементов). При этом они оказываются малопригодными для реконструкции величин д¹³С и д¹⁸О в исходных флюидах.

Список работ по теме диссертации

1. Изотопы гелия в газах грязевых вулканов Тамани. // Докл. РАН, 1996, том 349. № 2. С. 249-252. (соавторы: Поляк Б.Г., Каменский И.Л., Ильин В.А.).

2. Источники вещества в продуктах грязевого вулканизма (по изотопным, гидрохимическим и геологическим данным) // Литол. и полезн. ископ. 1996, № 6. С. 625-647. (соавторы: Поляк Б.Г., Прасолов Э.М., Каменский И.Л.).

3. Первая находка вулканического пепла в четвертичных отложениях Нижнего Поволжья // Литол. и полезн. ископ. 1998 № 2. С. 207-218. (соавторы: Лаврушин Ю.А., Антипов М.П.).

4. Изотопы гелия в термоминеральных флюидах Забайкалья // Литол. и полезн. ископ. 1999, № 2, С. 146-157. (соавторы: Поляк Б.Г., Каменский И.Л.).

5. Изотопное отношение ⁴⁰Ar/³⁶Ar в спонтанных газах минеральных вод Кавказского региона // Литология и полезные ископаемые, 2002. № 3. С. 321-327.

6. Изотопы бора и формирование грязевулканических флюидов Тамани (Россия) и Кахетии (Грузия) // Литология и полезные ископаемые, 2003. №2. С. 147-182. (соавторы: Kopf A., Deyhle A., Степанец М.И.).

7. Изотопный состав кислорода и водорода вод грязевых вулканов Тамани (Россия) и Кахетии (Восточная Грузия) // Литология и полезные ископаемые, 2005. № 2.C.143-158. (соавторы: Дубинина Е.О., Авдеенко А.С.).

8. Isotopic evidence (He, B, C) for deep fluid and mud mobilization from mud volcanoes in the Caucasus continental collision zone Int. J. Earth. Sci. (Geol. Rundsch.) (2003) 92. P. 407-425. (соавторы: Kopf A., Deyhle A., Polyak B. G., Gieskes J. M., Buachidze G. I., Wallmann K., Eisenhauer A.).

9. Изотопный аспект формирования вод грязевых вулканов // Доклады РАН, 2004. Т. 398. № 5. С. 672-674. (соавторы: Дубинина Е.О., Авдеенко А.С.).

10. The genesis of the North Caucasian mineral waters: an isotope and geochemistry study Geochim. Cosmochim. Acta, 2004. Vol. 68, Suppl. 1, A154. (соавторы: Dubinina E.O., Avdeenko A.S.).

11. Первые определения д¹³С в метане углекислых источников Приэльбрусья // ДАН, 2005. Т. 404. №1. С. 100-104. (соавторы: Костенко О.Е.).

12. Изотопы кислорода и водорода в минеральных источниках Приэльбрусья // Геохимия, 2005. № 10. С. 1078-1089. (соавторы: Дубинина Е.О., Коваленкер В.А., Авдеенко А.С. Степанец М.И.).

13. Травертины Северного Кавказа // Литология и полезные ископаемые, 2006. № 2. С. 154-182. (соавторы: Кулешов В.Н., Киквадзе О.Е.).

14. Изотопно-гелиевый ареал Казбекского вулканического центра // Доклады АН, 2007, т.414. № 2. С.605-608. (соавторы:Поляк Б.Г., Стрижов В.П., Италиано Ф., Риццо А.).

15. Физико-химическая модель формирования изотопного состава карбонатных травертинов источника Тохана (Приэльбрусье, Северный Кавказ) // Геохимия, 2007. № 3. С. 269-281. (соавторы: Бычков А.Ю., Костенко О.Е., Кулешов В.Н).

16. Литолого-геохимические особенности юрско-меловых отложений Терско-Кумской впадины (по данным бурения на Тарумовской площади) // Вопросы геотермии Дагестана, труды РАН ДНЦ ИГ вып. 44, 1993. С.31-39. (соавторы: Зверев В.П., Курбанов М.К.).

17. Mantle helium traces in the Elbrus-Kazbek sector of the Greater Caucasus and adjacent areas // Chem. Geol. 2008 (соавторы: Polyak B.G., and Kamensky I.L.).

18. Температура минеральных вод - отражение магматогенной термоаномалии в районе вулкана Казбек // Вестник Владикавказского НЦ РАН, 2004 т. 4. № 3. С. 33-40. (соавторы: Маковозов А.О.).

19. Источники углеродсодержащих газов в грязевых вулканах СНГ // Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа // М.:ГЕОС, 1997. С. 67-70. (соавторы: Поляк Б.Г.).

20. Мониторинг магматических структур вулкана Эльбрус. Ред. Н.П.Лаверов. М.: ОИФЗ РАН, ИГЕМ РАН, ГНИЦ ПГК (МФ) при КубГУ Минобразовании РФ, 2001. С. 192. (соавторы: Собисевич Л.Е., Нечаев Ю.В., Собисевич А.Л. и др.).

21. Геодинамика, сейсмотектоника и вулканизм Северного Кавказа. Ред. Н.П.Лаверов. М.: ОИФЗ РАН, ИГЕМ РАН, ГНИЦ ПГК (МФ) при КубГУ Минобразовании РФ, 2001. С. 336. (соавторы: Рогожин Е.А., Собисевич Л.Е., Нечаев Ю.В., Собисевич А.Л. и др.).

22. Выявление тектонически-ослабленных зон и локальных термических аномалий гидрогеологическими методами в Приэльбрусье // Современные математические и геологические модели в задачах прикладной геофизики. М.: ОИФЗ РАН, 2001. С. 333-346. (соавторы: Поляк Б.Г., Белова Е.П.).

23. Генетические особенности минеральных вод Приэльбрусья в свете изотопии водорода и кислорода // XVI Симпозиум по геохимии изотопов им. ак. А.П.Виноградова 20-23 ноября 2001 г. Тезисы докладов. М. ГЕОХИ РАН. 2001, 139-140. (соавторы: Дубинина Е.О., Коваленкер В.А., Авдеенко А.С.).

24. Глубина флюидогенерации в грязевых вулканах Тамани (Россия) и Восточной Грузии // Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ. Материалы Международной конференции памяти ак. П.Н.Кропоткина, 20-24 мая 2002 года, г.Москва. М.:ГЕОС, 2002. С. 178-181. (соавторы: Kopf A., Deyhle A., Степанец М.И.).

25. Углекислые воды Северного Кавказа: происхождение и условия формирования // Проблемы гидрогеологии XXI века: наука и образование, М.:РУДН, 2003. С. 431-443. (соавторы: Дубинина Е.О., Авдеенко А.С., Костенко О.Е.).

26. Новейший вулканизм и углекислые воды Северного Кавказа // Современные методы геолого-геофизического мониторинга природных процессов на территории Кабардино-Балкарии. М.:ИФЗ РАН. 2005. С. 128-155. (соавторы: Поляк Б.Г., Покровский Б.Г., Дубинина Е.О., Авдеенко А.С., Костенко О.Е.).

27. Углекислые минеральные воды Северного Кавказа: изотопно-геохимические признаки происхождения водной и газовой фазы // Фундаментальные проблемы современной гидрогеохимии. Труды международной конференции, посвященной 75-летнему юбилею гидрогеохимии. Из-во Научно-технической литературы, Томск. 2004. С. 41-46. (соавторы: Дубинина Е.О., Костенко О.Е., Авдеенко А.С.).

28. Новые данные об изотопах гелия и углерода в газах грязевых вулканов Восточной Грузии // XV симпозиум по геохимии изотопов имени ак. А.П. Виноградова. 24-27 ноября 1998 г. М.:ГЕОХИ РАН, 1998. С. 151-152. (соавторы: Поляк Б.Г., Покровский Б.Г., Буачидзе Г.И., Каменский И.Л.).

29. Мантийный гелий в минеральных источниках Забайкалья // XV симпозиум по геохимии изотопов имени ак. А.П. Виноградова. 24-27 ноября 1998 г. М.:ГЕОХИ РАН, 1998. С. 199-200. (соавторы: Поляк Б.Г., Каменский И.Л.).

30. Изотопы гелия в подземных флюидах Северного Кавказа // Геология, геохимия и геофизика на рубеже ХХ и ХХI вв., т. 2, М: Изд-во ООО «Связь-Принт», 2002. С. 157-158. (соавторы: Поляк Б.Г., Чешко А.Л., Покровский Б.Г.).

31. Механизмы формирования изотопного состава вод грязевых вулканов // Тезисы докладов XVII Симпозиума по геохимии изотопов им. ак. А.П.Виноградова. 6-9 декабря 2004 г. М. С. 82-83. (соавторы: Дубинина Е.О., А.С.Авдеенко)

32. Изотопы гелия в газах Северного Кавказа // М-лы конференции «Развитие научных идей А.М. Овчинникова в гидрогеологии» (25-26 октября 2004 г., Москва), МГГРУ-ЗАО «ГИДЭК», 2005. C. 57-61. (соавторы: Поляк Б.Г., Чешко А.Л.).

33. Палеофлюидный режим структуры нефтегазоносной площади Талги // Тр. ДНЦ РАН, ИГ, вып. 49, Геоэкологические проблемы освоения и охраны ресурсов подземных вод Восточного Кавказа // Материалы научно-практической конференции, 22-26 сентября 2003 г. Махачкала 2003. С. 151 - 153. (соавторы: Мацапулин В.У., Кулешов В.Н.).

34. Метан в углекислых газах Приэльбрусья (Северный Кавказ) // Фундаментальные проблемы современной гидрогеохимии. Труды международной конференции, посвященной 75-летнему юбилею гидрогеохимии. Из-во Научно-технической литературы, Томск. 2004. С. 166-170. (соавторы: Костенко О.Е.).

35. Генезис вод грязевых вулканов Тамани и Кахетии // Гидрогеохимия осадочных бассейнов: Труды Российской научной конференции, Томск, 13-17 ноября 2007 г. Томск:Из-во НТЛ, 2007. С.31-42. (соавторы: Дубинина Е.О., Авдеенко А.С.).

36. Грязевые вулканы: по следам геологической истории // Наука в России, 2008. № 1. С. 27-34. (соавторы: Дубинина Е. О.).

Размещено на Allbest.ru