Поток эндогенных газов как геоиндикатор современных движений земной коры в восточном Донбассе Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ГЕОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА

УДК 551:712(2)+551.242

ПОТОК ЭНДОГЕННЫХ ГАЗОВ КАК ГЕОИНДИКАТОР СОВРЕМЕННЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ В ВОСТОЧНОМ ДОНБАССЕ

© 2009 г. А.В. Клещенков

Южный научный центр РАН, Southern Scientific Centre RAS

пр.Чехова, 41, г. Ростов-на-Дону, 344006, Chehov Ave, 41, Rostov-on-Don, 344006,

[email protected]. ru geo@mmbi. krinc. ru

Рассмотрены результаты исследования содержаний радона и водорода в почвенном воздухе над Соколовско-Журавским сбросом. Показано, что поток эндогенных газов является геоиндикатором современных движений земной коры и может использоваться в качестве критерия для выделения геодинамически активных зон.

Ключевые слова: геодинамически активные зоны, радон, водород, современные движения земной коры.

The results of studies of radon and hydrogen concentration in the soil air over Sokolovsko-Zhuravskii fault are considered. It has been shown that the flow of endogenous gases is a geoindicator of recent earth's crust movements and can be used as a criterion for detection of active geody-namic zones.

Keywords: geodynamic active zones, radon, hydrogen, recent earth's crust movements.

Современные движения земной коры оказывают значительное влияние как на развитие естественных ландшафтов и природно-техногенных систем, так и на возможность развития опасных геологических процессов. Недоучет геодинамического фактора ведет к возникновению аварий и катастроф. Изучение современных движений земной коры в пределах платформенных территорий, в частности на Восточно-Европейской платформе и Скифской плите, достаточно актуально.

Натурные исследования [1, 2] показывают, что в пределах платформенных областей существуют гео-динамически активные зоны на сочленении блоков земной коры. Блоки находятся в постоянном движении, которое имеет пульсационный и знакопеременный характер. Анализ результатов повторных нивелировок показывает, что для короткопериодных измерений современных движений земной коры характерны большие амплитуды движений, чем для длиннопери-одных. При этом на коротких периодах (до года) современные движения могут иметь амплитуду до 5070 мм/год [3]. Применение технологий вР8-мониторинга позволило сотрудникам ИГД УрО РАН выявить новый класс геодинамических движений в разломных зонах с периодами 30 - 60 с, 40 - 60 мин и подтвердить выводы о развитии движений с периодами до года и более [4]. На существование подобных движений указывал в своей работе Ю.О. Кузьмин, который предлагал называть их суперинтенсивными деформациями земной поверхности [5]. Зоны суперинтенсивных деформаций тяготеют к разломам и зонам разуплотнения земной коры.

Установлено [6, 7], что современная геодинамическая активность земной коры сопровождается дегаза-

цией недр. При этом зоны сочленения блоков различных размеров находят свое отражение, например, в полях концентрации эндогенных газов (водорода и радона) в почвенном воздухе в виде усиления потока над соответствующими участками по сравнению с соседними площадями. Соответственно, концентрированные потоки эндогенных газов могут рассматриваться в качестве геоиндикатора современных движений земной коры. Этот принципиальный вывод нашел подтверждение при проведении газогеохимических исследований над Соколовско-Журавским сбросом, расположенным в зоне сочленения Восточно-Европейской платформы и Скифской плиты (северная часть Восточного Донбасса) (рис. 1).

Соколовско-Журавский сброс выявлен при поисковых работах на уголь на Миллеровской западной угленосной площади. Амплитуда данного разрывного нарушения в пределах исследуемого района колеблется от 80 до 115 м, а угол падения в среднем составляет 80°. Сброс встречен рядом скважин в терри-генно-карбонатной толще среднего карбона и характеризуется такими признаками, как сокращение толщи пород и выпадение стратиграфических интервалов, наличие перемятых зон и зеркал скольжения в керне. Его выход перекрыт мергельно-меловой толщей верхнемелового возраста и палеогеновой толщей песков и глин общей мощностью до 150-160 м, сверху залегает почвенно-растительный слой мощностью около 0,5 м. В меловых отложениях здесь концентрируются системы трещин субвертикальной ориентировки, что наряду с аномально высокой расчлененностью рельефа служит основанием для заключения о современной геодинамической активности участка.

Рис. 1. Обзорная схема района исследований: 1

■ профили газогеохимического опробования; 2 -сброс

Соколовско-Журавский

Поток эндогенных газов исследовался нами в ходе полевых работ в летние сезоны 2007 и 2008 г. Измерение концентраций газов в почвенном воздухе проводилось по трем профилям, заложенным вкрест простирания Соколовско-Журовского сброса. Точки наблюдений закладывались с шагом 100 м, расстояние между профилями - 12 км. Схема расположения профилей изучения концентраций эндогенных газов приведена на рис. 1. Концентрации радона и водорода в почвенном воздухе измерялись в одной и той же пробе. Объемная активность радона определялось с помощью радиометра радона РРА-01М-01 «Альфарад» (фактическая чувствительность 1,5-10-4 Бк/м3), а содержание водорода - газоанализатором водорода ВГ-2, разработанным в МИФИ на основе МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) чувствительного элемента [8] (чувствительность детектора 0,5 мкл/л (на уровне кларка водорода в воздухе)).

На всех трех профилях нами были выявлены аномалии концентрации газов в почвенном воздухе, которые совпадают в плане с проекцией сместителя Соко-ловско-Журавского сброса на дневную поверхность. В пределах всех трех профилей ширина зоны гезогеохи-мических аномалий примерно одинакова и составляет 300-400 м. Аномальные содержания радона превышают ПДК (100 Бк/м3) в 9-14 раз в пределах профилей II' и II-II' и в 70 раз в пределах профиля III-III'. В зонах аномалий зафиксировано содержание водорода в 4-5 раз выше фонового. За фоновый уровень водорода был принят его кларк в воздухе (0,5 мкл/л).

На графиках изменения содержания радона по профилю I-I' в 2007 и 2008 г. (рис. 2) отчетливо но, что как в 2007, так и в 2008 г. максимумы

трации совпадают и приурочены к исследуемои динамически активной зоне, связанной с выходом сместителя под покровные отложения (точки наблюдений 3-7).

I

I'

Рис. 2. Объемная активность радона в почвенном воздухе по профилю I - I' в 2007 и 2008 гг.

Высокая корреляция результатов повторных наблюдений, произведенных в 2008 и 2007 г. (коэффициент корреляции составляет 0,83), позволяет утверждать, что проявление Соколовско-Журовского сброса в полях концентрации эндогенных газов носит неслучайный характер.

На профилях II-II' и III-III' (рис. 3) также выделяются участки повышенных содержаний радона и водорода, приуроченные к зоне геодинамического влияния сброса.

I[

II'

III

III'

Rn, Sk/m3 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

\

H2 ■ ppm

iRn -H, T 2.5

-■ 2

-■ 15

0 5

Rn,

8000

7000 6000 3000 4000 3000 2000 1000 0

Бк/м3

(\

,

\ п

\ 1

П п7\л 1 п Пп п П П П п

'21 ppm

2

18 16 14 12 1 0 8 0.6 04 0.2 0

3 4 5

7 8 9 10 11 12 13 14 15

10(10 а

Рис. 3. Содержане радона и водорода в почвенном воздухе по профилям II-II' и III-III', на геологическом разрезе схематично показан конус рассеяния потока газов

На профиле II-II' это участок с 8 по 12, а на профиле III-III' - c 5 по 8 точку наблюдений. Совместное проявление радона и водорода можно объяснить тем, что миграция радона в приземную атмосферу происходит в общем потоке природных газов, так как он не способен образовывать собственную миграционную фазу. Природные газы (гелий, метан, водород) имеют более высокие концентрации в поровом пространстве и в большинстве случаев определяют движение радона из недр к дневной поверхности [9]. Следует отметить, что максимумы содержания радона несколько смещены на периферию зоны влияния сброса относительно максимумов содержания водорода, что наблюдается в точках 8-9 и 12-13 на профиле II-II', а также 4-5 и 78 на профиле III-III'. То есть водород несколько оттесняет радон вследствие гораздо большей миграционной способности. В целом изменчивость концентраций радона и водорода в атмосфере почв весьма сходна, что свидетельствует о закономерностях их совместного проявления и возможности использования этого эффекта в качестве индикаторов геодина-мически активных зон.

Проведенное исследование показало, что использование газового состава почв в качестве геоиндикатора современных движений земной коры обосновано. Поток эндогенных газов индицирует сброс, захороненный под значительной (первые сотни метров) толщей покровных отложений, что говорит о высокой разрешающей способности использованного метода при изучении погребенных нарушений. Установленная ширина зоны влияния сброса в пределах 300-400 м и наличие интенсивных аномалий эндогенных газов в атмосфере почв над исследованным разрывным нарушением свидетельствуют о его современной геоди-

намическои активности и позволяет характеризовать приповерхностную зону как разрывную (по [2]). В таких зонах возможны деформации, опасные для различных инженерных сооружении. Для данного раИона характерно, в частности, увеличение аварииности на автодорогах на участках их пересечения с геодинами-чески активными зонами [10], значительная часть которых, не исключено, аналогична участку над Соко-ловско-Журавским сбросом.

Литература

1. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка гео-

динамического риска при недропользовании. М., 1999. 220 с.

2. Воейкова О.А., Макаров В.И., Несмеянов С.А. Изучение

приповерхностных новейших разрывных нарушении платформ при инженерных изысканиях // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2007. № 3. С. 267-280.

3. Лилиенберг Д.А. Актуальные проблемы современной

геодинамики рельефа // Современные движения земнои коры. Морфоструктуры, разломы, сейсмичность. М., 1987. С. 23-33

4. . Field investigation of dynamic displacement in zone of

tectonic breaking. / A.D. Sashourin [et al] Rock mechanics - a challenge for society: Proceedings of the ISRM regional symposium EUROK 2001. 3-7 June. Espoo, Finland, Bal-kema, 2001. P. 157-162.

5. Кузьмин Ю.О. Современные суперинтенсивные дефор-

мации земной поверхности в зонах платформенных разломов // Геологическое изучение и использование недр. 1996. Вып. 4. С. 43-53.

6. Гумен A.M., Гусев А.П., Рудаков В.П. Подпочвенный

водород - индикатор изменений напряженно-деформированного состояния земной коры асейсмичных районов // Докл. РАН. 1998. Т. 359, № 3. С. 390-393.

б

7. Уткин В.И. Радон и проблема тектонических землетря-

сений // Соросовский образов. журн. 2000. № 12. С. 6470.

8. Сенсорные измерители химического состава газов / И.Н.

Николаев [и др.] // Контроль. Диагностика. 2003. № 10. С. 50-51.

Поступила в редакцию

9. Сердюкова А.С., Капитонов Ю.Т. Изотопы радона и

продукты его распада в природе. М., 1975.

10. Богуш И.А., Клещенков А.В. Современные движения

земной коры на границах геоструктурных элементов и их связь с аварийностью на транспортных магистралях // Южн.-Рос. вестн. геологии, географии и глобальной энергии. 2008. № 2. С. 153-156.

_3 декабря 2008 г.