Геотектонические процессы как фактор эволюции окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 55.001.16

Геотектонические процессы как фактор эволюции окружающей среды

Ю.Л. Ахкозов

Государственный научно-исследовательский горнорудный институт, Кривой Рог

Розглянуто можливості нового методологічного підходу, основаного на моделі “фрінометакінезу”, у вивченні геологічних процесів і формуванні навколишнього середовища (атмо-, біо-, гідросфери); намічені напрямки їхнього дослідження та прогнозування.

Рассмотрены возможности нового методологического подхода, основанного на модели “фринометакинеза”, в изучении геологических процессов и формировании окружающей среды (атмо-, био-, гидросфер); намечены направления их исследования и прогнозирования.

фринометакинез геологический гидросфера

Введение. Геотектоническое развитие земной коры является одним из ведущих природных процессов, определяющих эволюцию не только самой коры, но и внешних оболочек Земли. Формирование геологической и географической среды обитания человека (гидро-, атмо-, биосферы, ландшафта и др.) как в общем, так и локально, прямо или косвенно определяются геодинамическим развитием литосферы в целом, конкретного региона в отдельности. Очевидно, что достоверность принятой геотектонической гипотезы имеет в данном случае большое теоретическое и прикладное значение, определяя эффективность решения поставленых проблем.

Доминирующей геотектонической гипотезой в настоящее время является тектоника плит (новая глобальная тектоника). Однако и геосинклинальная концепция не утратила своих сторонников, интенсивно укрепляет свои позиции гипотеза расширяющейся Земли, время от времени получают импульсы развития также идеи пульсирующей или ротирующей Земли.

Рассмотрение положительных и отрицательных сторон вышеназванных гипотез позволило выдвинуть новую геодинамическую модель развития земной коры - “фринометакинез”, объединяющей их отдельные положения [1]. Ее суть: спрединг морского дна (как следствие расширения Земли) и дрейф континентов - гранитных плит (как следствие приливного воздействия Луны) рассматриваются как самостоятельные, независимые друг от друга явления. И расширение океанического дна, и относительное перемещение континентов друг относительно друга и относительно магнитных полюсов являются в настоящее время достоверно установленными природными явлениями. Поскольку эти исходные положения лежат в основе предлагаемой геодинамической модели, это определяет прогнозную эффективность последней. Модель позволяет конструктивно рассматривать многие геологические и связанные с ними процессы в земной коре и во внешних оболочках Земли. При этом следствия, вытекающие из новой модели, являются проверяемыми. За основу анализа принимаются установленные для зоны спрединга процессы и явления: наличие вертикально направленного мантийного потока вещества и энергии, реализующегося в зоне спрединга в виде магматизма, флюидного и теплового потоков, тектонических движений, формирующих новую океаническую кору, срединно-океанические хребты (СОХ).

При независимом дрейфе гранитная плита будет периодически перекрывать, задавливать зону спрединга. Очевидно взаимовлияние двух наложенных друг на друга систем. Вещественный поток зоны спрединга попадает в условия изменяющихся термодинамических параметров, в первую очередь возрастающего давления, определяемого мощностью гранитной плиты. На последнюю в свою очередь воздействуют как потоки тепла, магмы, флюидов, так и тектонические движения, проявляющиеся в зоне спрединга. Это положение является методологической основой анализа тектонических, магматических, гидротермальных, газовых проявлений, происходящих в земной коре, явлений во внешних оболочках Земли и взаимосвязанных с ними ландшафтных, гидрогеологических, экологических, биологических, атмосферных процессов.

Ниже приведены полученные на основе данного научного подхода положения, представляющие проверяемые следствия модели. Их изучение в дальнейшем может быть предложено в качестве направлений исследований с переводом на количественную основу и составления проекта программы в области прогноза и предупреждения природных и техногенных катастроф.

Глобальные следствия. С ростом давления в перекрытой зоне спрединга увеличивается синтез углекислоты и воды, так как в системе С-Н-О равновесие сдвигается в порядке Н2 ? СО2 ? Н2О [2]. Это явление имеет фундаментальное значение. Во флюидном потоке в зависимости от геодинамической обстановки ведущее значение начинают играть компоненты: 1) в СОХ - Н2, CH4; 2) в зонах спрединга, перекрытых континентальной плитой малой мощности (мощность гранитов менее 10 км [3]) - СО2, СН4± Н2О; 3) в зонах спрединга, перекрытых континентальной плитой повышенной мощности (мощность гранитов более 10 км [3]) - Н2О, СnН2n2 ± СО2. Ожидаемые следствия соответственно.

1. Мощные потоки Н2 и СН4 в СОХ обусловливают формирование “озоновых дыр” над ними - участки разрушения озонового слоя в результате реакции Н2 и СН4 с О3. То количество водорода и метана, которое выделяется в современных зонах спрединга, является достаточным, чтобы стать мощным (если не главным) фактором разрушения озонового слоя Земли [4]. В.Л.Сывороткин, Н.А.Садовский обратили внимание, что главная масса этих газов выделяется в южном полушарии, где более развита система СОХ (в нашей интерпретации менее перекрыта континентальными плитами), в связи с чем здесь же проявлена наиболее мощная озоновая дыра. Отсюда следует, что доля перекрытия мировой системы спрединга будет определять количество поступающих в атмосферу Н2 и СН4. По нашему мнению в северном полушарии существенная площадь СОХ перекрыта континентами (это зоны континентальных рифтов, высокой тектонической и вулканической активности, высоких тепловых потоков), в которых преобладает синтез воды, углекислоты, тяжелых углеводородов. Сказанное подтверждается расчетами К.И. Соколовского [5], по которым чтобы сбалансировать существующий суммарный годовой сток рек на Земле, их подземный сток должен не менее чем на половину обеспечиваться за счет конвективного привноса глубинных вод.

2. Повышенный поток СО2 определяет интенсивность наращивания биомассы. Для современности - это в первую очередь продуктивность биомассы болот и поверхностных зон глубинных разломов, пересекающих задавленные сегменты спрединга, например полосы Тарханкут - Кривбасс. Для геологического прошлого - это продуктивность угленосных бассейнов. Установлено, что содержание СО2 в современной атмосфере не может обеспечить нормальную продуктивность растительного мира, их функционирование более чем на 70% обеспечивается углекислотой, растворенной в почвенной влаге. По-видимому, в этом причина необъяснённого до сих пор интенсивного роста растений на Камчатке, Сахалине, Курилах - предполагаемой нами перекрытой зоне спрединга. Содержание СО2 определяет также интенсивность формирования кор выветривания, в том числе образование бокситов, почв, появление эндемичных форм организмов (например, Крыма), угрозу возникновения парникового эффекта.

3. Повышенный поток Н2О определяет эволюцию гидросферы региона, например, появление линз пресных вод под солеными, аномально высокое пластовое давление, заболачивание территории и другое. Предполагается, что отдаленным отголоском синтеза воды в Тарханкутском сегменте зоны спрединга является проявления гидрогеологических и гидрохимических аномалий в зоне Криворожско-Кременчугского разлома.

Региональные следствия. В рамках предлагаемой новой геодинамической модели “фринометакинеза” определяются усилия [6], которые будет испытывать гранитная плита в своем основании при перекрытии зоны спрединга, то есть движущие силы тектонических процессов в континентальной коре: 1) вертикальные, связанные с воздыманием зоны спрединга, определяющие сводообразование и в океанических, и в континентальных рифтогенах; 2) горизонтальные, растягивающие, связанные с расширением (разрастанием) зоны спрединга; 3) диагональные, действующие снизу вверх и в стороны от оси спрединга, связанные с формированием своеобразных гребней срединно-океанических хребтов. Перечисленные силы (движения) определяют в гранитной плите проявление сводообразования и рифтогенеза с дивергентным или моновергентным взбрасыванием плечей рифта.

Из данной модели, вчастности, следует, что для коровых и мантийных землетрясений механизм очагов должен быть разным. Для коровых землетрясений он будет определяться сдвиговыми движениями гранитных блоков друг относительно друга и вдоль сместителей надвигов. Учитывая то, что в предлагаемой модели структурообразования [6] при формировании чешуйчато-надвиговых структур активным может быть и автохтон, очаг землетрясения может формироваться в условиях горизонтального растяжения, хотя происходит надвиг. Предполагаемые нами задавленные сегменты зоны спрединга на территории Украины - район Закарпатья (Паннонская впадина) и Тарханкутское поднятие Крыма [6] с соответствующим проявлением здесь тектонического, теплового и флюидного воздействия на земную кору. Результатом тектонического воздействия является формирование Крымских гор на южном фланге зоны, и участков новейшей активизации на северном. Одним из следствий флюидной активности является, по нашему мнению, формирование аномального режима подземных вод Каркинитского прогиба, для которого установлено движение подземных вод с юго-запада в северо-северо-восточном направлении [7], в направлении Криворожско-Кременчугского глубинного разлома (ККГР). При этом на участках, где разгрузка подземных вод затруднена, формируются зоны высоких пластовых давлений. Ожидаемые здесь следствия: мантийный флюидный поток формирует гидросферу Крыма, аномальный гидрогеологический режим подземных вод Причерноморской впадины, сверхвысокое пластовое давление в залежах нефти и газа Крыма, особый солевой состав вод Сиваша, проявления грязевого вулканизма Керчи, сероводородное заражение вод Черного моря, газовые и газогидратные залежи Азово-Черноморского шельфа, нефтяные месторождения Крыма. Тектонические движения в Тарханкутском задавленном сегменте зоны спрединга будут определять геодинамическую обстановку как в Крыму, так и в прилегающих частях Украинского щита. Для Крыма важное практическое значение имеет исследование геодинамической обстановки северного фланга перекрытой Тарханкутской зоны спрединга. Проявление современных вертикальных и горизонтальных движений земной коры в районе Сиваша несомненно будет осложнять эксплуатацию таких коммуникаций, как железная дорога и Крымский канал.

Проявления влияния перекрытой Тарханкутской зоны спрединга установлены и в полосе ККГР. Высокая современная тектоническая активность ККГР неоднократно отмечалась в работах К.Ф. Тяпкина [8]. На карте новейших разломов СССР зона ККГР по геологическим, геоморфологическим и геофизическим данным выделена как живущая [9]. Наличие вертикальных и горизонтальных движений в зоне ККГР было подтверждено прямыми методами, на основе материалов повторных геодезических наблюдений. Скорости современных горизонтальных и вертикальных тектонических движений оцениваются величинами в 2-10 мм/год [10], направленность их дифференцирована в пространстве и времени для блоков фундамента разного ранга. Эти движения определяют неравномерное распределение горизонтальной компоненты горного давления в массиве, что проявлено в горных выработках шахт Кривбасса. Аномальные проявления горного давления были установлены также при бурении Криворожской сверхглубокой скважины (КСГС) [11]. О влиянии современных тектонических подвижек по Криворожско-Кременчугскому и сопряженным с ним разломам свидетельствуют катастрофические утечки воды из хвостохранилища балки Свистунова, оползни отвалов и бортов карьера ИнГОКа, проявление признаков развития карста в районе пос. Рахманово, активизация оползневых явлений на береговых склонах р. Ингулец в районе с. Новоселовка.

По геофизическим данным в рассматриваемом регионе выделена субмеридиональная Кировоградская аномалия (имеющая также и криворожскую ветвь) повышенного теплового потока, электропроводности, здесь установлены аномальные (“первично мантийные”) значения 3He/4He [12, 13]. Природу Кировоградской геоэлектрической аномалии Т.К.Бурахович, С.Н.Кулик [12] видят в наличии в недрах флюида. При этом авторами установлено, что в южной части зоны электропроводность в несколько раз выше, чем в северной. Следовательно в южной части зоны, то есть со стороны Тарханкутского поднятия, насыщенность флюидом выше. ККГР Т.К.Бурахович, С.Н.Кулик [12] охарактеризовали в геоэлектрическом отношении как “вертикально-проводящую плоскость”.

Намечается также гидрогеологическая связь Тарханкутской зоны современной эндогенной активизиции c Кривбассом. По крайней мере без этого трудно объяснить проявления здесь таких аномальных явлений, как индивидуальный режим питания подземных вод толщ гданцевско-глееватской и саксаганской свит, их высокая минерализация (60-80 г/л и выше), повышенные содержания бора, брома, меди, свинца, цинка, никеля, хрома, серебра, аномальный изотопный состав серы. В КСГС начиная с глубин более 1650 м установлено аномальное давление воды, превышающее нормальный напор на 15 Мпа, смена направления циркуляции вод с метеорного (вниз) на глубинное (вверх) с одновременным повышением содержания в воде СО2, СО, Не и возрастанием её температуры (до значений 450 и выше) [11]. В глубоких горных выработках шахт наблюдаются периодические аномальные поступления природных газов сложного (Н2, СО2, Не, СН4) состава [14]. При этом выделения газов происходят из зон тектонических нарушений и, как правило, сопровождаются увеличением притоков хлоридно-натриевых рассолов с высокой минерализацией (до 80-90 г/л и выше). В настоящее время на горизонте 1190 м в районе залежи “Южная” шх. “Гвардейская” скважиной вскрыты трещинные воды с температурой +290С и минерализацией 140 г/л, то есть вскрыт горячий источник, температура которого выше температуры массива на 100С.

Таким образом, вышесказанное позволяет утверждать, что со стороны Тарханкутской зоны современной эндогенной активности осуществляется как современное тектоническое воздействие, так и флюидное. Происшедшие 12 февраля 2002 г. в г. Кривом Роге подземные толчки (силой до 2 баллов) природного происхождения являются, по мнению автора, прямым подтверждением геодинамической связи региона с зоной активизации Крыма.

Аналогичные региональные связи намечаются и для Донбасса. Здесь для отдельных участков установлены аномальные (повышенные) значения теплового потока [15], повышенные содержания гелия в метане вплоть до промышленных [16], аномальный гидрогеологический и гидрохимический режим подземных вод [17]. Происхождение в подземных водах Донбасса эндогенных редких элементов В.Г.Суярко [17] связывает с флюидным тепломассопереносом, взаимосвязанным с современными движениями блоков коры. На некоторых активных участках разломов установлена восходящая разгрузка эндогенных газов и воды с напорами до нескольких сот метров. Для этих же участков установлено повышение теплового потока в 1,5-2 раза. Подобные аномалии связаны с поступлением глубинных вод с высокой температурой и формированием положительной аномалии кондуктивного тепла вокруг восходящего потока [13]. Исследования изотопного состава углерода метана позволили Г.И.Войтову [18] сделать вывод, что углеводородные газы Донбасса не связаны с органическим веществом, а избирательно фиксированы в угольных пластах из восходящих потоков мантийных флюидов. В тоже время геолого-геофизические исследования Приазовского геоблока показали, что здесь с рядом крупных субмеридиональных разломов, как и с Орехово-Павлоградским, связаны зоны повышенной электропроводности, когда эффективное сопротивление уменьшается на несколько порядков. А.П.Толкунов и др. [19] связывают их существование с потоками флюидов, приуроченных к зонам глубинных разломов.

Таким образом, к крупным разломам, связывающим горно-промышленные регионы с зонами современной эндогенной активности, приурочены повышенные тепловые потоки, аномальные выделения Не,Н2 и других мантийных компонентов, высокая электропроводность. Причем оказалось, что в южных частях зон разломов проводимость выше, чем в северных. Наиболее вероятной причиной повышения проводимости коры по мнению многих исследователей являются минерализованные растворы, а для рассматриваемых зон добавим - это флюиды, поступающие с юга, из областей современной эндогенной активизации Крыма и Кавказа. Разгрузка флюидов происходит на севере, в таких горнопромышленных районах, как Кривбасс, Донбасс, Днепровско-Донецкая впадина.

Заключение. Из вышеизложенного очевидна необходимость учета региональных геодинамических и флюидных связей при решении геодинамических, гидрогеологических, инженерно-геологических проблем какого-либо промышленного района. Например, становится очевидным, что для успешного прогноза взрывоопасных явлений на угольных шахтах Донбасса необходимо решить как минимум две задачи: 1) выявить источники и пути поступления метана и водорода, формирования их скоплений; 2) определить природно-техногенные причины и механизмы взрывания газовой смеси в горных выработках. Например, оксиды меди являются катализаторами протекания реакций горения водорода. При наличии последнего в газовой смеси (метан+водород), а в горных породах массива минералов оксидов меди (куприт, тенорит) система становится потенциально взрывоопасной. Донбасс является меденосной провинцией с достаточно проявленной медистой минерализацией в его недрах.

Перечень ссылок

1. Ахкозов Ю.Л. Геосинклинали, тектоника плит, расширяющаяся Земля. 1. Фринометакинез - объединительная геодинамическая модель / Геология полезных ископаемых // Сб. научн. тр. НГА Украины. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1999. - Т. 1. - № 6. - С. 68-71.

2. Кадик А.А., Луканин О.А. Пути дегазации мантии при ее плавлении: изменение окислительно-восстановительного и флюидного режима базальтовых магм при их движении к поверхности // Геохимия.- 1985. - N2. - С.163-178.

3. Ахкозов Ю.Л. К методике оценки площадей на нефтегазоносность // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2001. - № 1.- С.92-99.

4. Сывороткин В.А., Садовский Н.А. Рифтогенез, озоновый слой и уровень мирового океана // Доклады АН СССР. - 1992. - Т.323, № 4. - С. 731-733.

5. Соколовский К.И. Возможное проявление спонтанного самонагревания воды в температурном поле Кольской сверхглубокой скважины // Советская геология. - 1988. - № 11. - С. 98-104.

6. Ахкозов Ю.Л. Структурообразующие следствия фринометакинеза // Геолого-мінералогічний вісник. - Кривий Ріг: КТУ, 2001. - № 1.- С.117-126.

7. Орлов А.А., Волкова М.А., Жученко Г.А. Гидрогеохимическая зональность северо-западного шельфа Чёрного моря и связь её с нефтеносностью // Геологический журнал. - 1991. - № 5. - С. 81-87.

8. Тяпкин К.Ф. Изучение природы разломной складчатости. Участок Криворожско-Кременчугской зоны / Изучение тектоники докембрия геолого-геофизическими методами // Москва: Наука, 1972. - С. 228-230.

9. Николаев Н.И., Голебева И.И., Грасис Я.Я., Наймарк А.А. Новейшая разломная тектоника СССР // Известия вузов. Геология и разведка. - 1990. - № 7. - С. 15-26.

10. Бондарук А.Г., Денисов А.И., Курочкин П.Е., Самарский Р.Я. О характере современных движений земной коры на Криворожском полигоне // Современные движения земной коры на геодинамических полигонах. - Ташкент: Фан, 1972. - С. 67-73.

11. Курлов Н.С., Белевцев Р.Я., Решетняк В.В., Мечников Ю.П. Криворожская сверхглубокая скважина: значение для петрогенезиса и геоэкологии // Минералогический журнал. - 1997. - Т. 19. - № 5. - С. 85-100.

12. Бурахович Т.К., Кулик С.Н. Результаты интерпретации данных естественного электромагнитного поля на территории Украинского щита // Геофизический журнал. - 2001. - Т. 23. - № 5.- С. 101-107.

13. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В. Тепловое поле центральной части Украинского щита. 1 // Геофизический журнал. - 1996. - Т. 18. - № 1. - С. 52-61.

14. Войтов Г.И., Лебедев В.С., Климович Г.Б., Тарасов И.А. О составе газов Кривого Рога // Доклады АН СССР.- 1971. - Т. 196. - № 1.- С. 199-202.

15. Кутас Р.И., Бевзюк М.И. Земной тепловой поток Донбасса // Геофизический журнал. - 1992.-№ 2.- С. 14-22.

16. Евдощук М.І, Чебаненко І.І., Краюшкін В.О. т.і. Нетрадиційним шляхом нафтогазорозвідки // Мінеральни ресурси Украіни. - 2001. - № 4.- С. 34-36..

17. Суярко В.Г. Геохімія рідкісних елементів у підземних водах гідротермальних систем Донбассу // Мінерлогічний журнал. - 2001. - № 1.- С.80-87.

18. Войтов Г.И. К изотопному балансу углерода угольного пласта (на примере Донецкого бассейна) // Доклады АН СССР.- 1983. - Т.268. - № 3. - С. 694-698.

19. Толкунов А.П., Пигулевский П.Г., Слободянюк С.А., Берзенин Б.З. О глубинном строении и геодинамических особенностях докембрийских образований юго-востока Украинского щита // Мінеральни ресурси Украіни. - 2001. - № 4. - С. 10-13.

Размещено на Allbest.ru