CC BY
35
Геология
Соль земли белорусской
Резюме. Впервые рассматривается проблема галогенеза в Припятском внутриконтинентальном палеорифте. Установлены по меньшей мере три периода существования в его пределах аридного климата и эвапоритовых бассейнов сгущения морской воды. Однако ни в одном из них концентрирование воды не достигало степени сгущения, при которой начинается выпадение каменной соли. Интенсивный галогенез и формирование мощных солевых толщ имели место на ранней (Э321у - 032ёт) и зрелой (0321Ь - 032вг) стадиях развития рифтового грабена и эксплозивного вулканизма, что свидетельствует о тесной генетической взаимосвязи между этими двумя явлениями.
Ключевые слова: эксгаляционно-седиментационное соленакопление, мощные солевые толщи, эксплозивный вулканизм.
УДК 551.2 (476+553.63)
Анатолий Кудельский,
главный научный сотрудник лаборатории гидрогеологии и гидроэкологии Института природопользования НАН Беларуси, член-корреспондент
В обиходе мы часто слышим: «морская соль» и «каменная соль». Разница в названиях простого соединения МаС! кроется, как правило, в его происхождении. Морская соль - продукт испарения морской воды в мелководных бассейнах, отшнурованных от моря или океана на территориях с аридным климатом. Типичным примером может служить залив Кара-Богаз-Гол на Каспии, в котором толщина (или, как говорят геологи, мощность) солевых выпадений не превышает 40-50 м. Происхождение более мощных толщ (до 1000-3200 м) каменной соли Припятского прогиба не связано с испарительным сгущением морской воды. Соль выпадает на дне мелководных внутририфтовых бассейнов в результате прорыва глубинных высоконагретых хлоридно-натриевых мантийно-нижнекоровых эксгаляций.
Касаясь столь сложных геологических процессов, не лишне воспроизвести здесь хотя бы упрощенную модель глубинного строения Земли (рис. 1). В соответствии с сейсмологическими и петрологическими исследованиями, в нем выделяется несколько геосфер: земная кора, мантия и ядро. Земная кора - слой А твердой оболочки планеты средней толщиной примерно 33-35 км. Мантия - слой планетарного вещества, составляющего 83% объема Земли и 67% ее массы, с нижней границей на глубине 2900 км. Делится на верхнюю (зона В с нижней границей на глубине около 410 км), среднюю (зона С с глубинами залегания 410-1000 км) и нижнюю мантию (зоны D' и D" с глубинами 1000-2900 км). На глубинах 100-300 км прослеживается слой с пониженными жесткостью, скоростями продольных и поперечных волн и вязкостью, называемый астеносферой (волновод Гутенберга). Вышележащая часть слоя В вместе с земной корой называется литосферой. Ядро составлено внешним псевдожидким слоем Е (2900-4980 км), переходным слоем F (49805120 км) и внутренней твердой сферой G (5120-6370 км) (таблица). Приведенные геофизические границы достаточно условны, геосферы А, В, С (и даже D) взаимно проникают друг в друга под воздействием преимущественно субдукционных погружений (слэбы и отдельные блоки, массы примитивного вещества - blobs) и конвективно-диффузионных потоков вещества и энергии (термохимическая конвекция, плюмы и суперплюмы) перманентно перестраивающейся материальной системы мантии Земли.
Припятский соленосный бассейн
Припятский осадочный нефте- и соленосный бассейн связан с одноименным грабенообразным прогибом -одним из крупных тектонических элементов Припятско-Донецкого авлакогена, входящего в систему Сарматско-Туранского линеамента земной коры в пределах юго-запада Русской плиты Восточно-Европейской платформы. Формирование Припятского континентального рифта обусловлено позднедевонско-среднекаменноугольным (герцинским) рифтогенезом в пределах докембрийской платформы. Специфической особенностью тектоники
Плотность, кг/м3
Глубина, км
Давление, Темпера-ГПа тура, °С
Рис. 1.
Традиционная схема глубинного строения Земли
17200 1 6371
данного палеорифта является его угловой излом относительно Днепровского грабена, который по системе северных краевых разломов составляет 15-17°, а по системе южных разломов - порядка 35°. Вследствие вращения крупных блоков фундамента обе структуры (Припятская и Днепровская) в плане представляют собой клинообразные раздвиги с углом раскрытия в Припятском прогибе около 20° (рис. 2) [1].
В зонах клинообразных раздвигов резко понизилось давление по всему геологическому профилю - от его верхних частей в земной коре до астеносферы и верхней мантии, что спровоцировало пароксизмы вулканической деятельности. Главной фазе рифтогенеза соответствовали максимальные растягивающие напряжения, которые совпадали со временем активного вулканизма и накопления галогенных формаций. Галогенез и вулканизм проявлялись пульсационно, неоднократно прерываясь нормально-морским сульфатно-глинисто-карбонатным и терриген-ным осадконакоплением. В главную фазу рифтогенеза образовались верхнефранская (евлановско-ливенская) галогенная галитовая формация (мощностью до 1140 м), среднефаменская галогенная калиеносно-галитовая (мощностью до 1500 м, в диапирах - до 3250 м) и сопряженная с ними щелочно-ультраосновная формация.
Зона Глубина, км Плотность, г/см3 Давление, ГПа Температура, °С
А 0-33 3,32 1 -
В 33-410 3,64 14 900-1200
С 410-1000 4,68 39 1370-1970
Р' 1000-2700 - - 1970-2700
Р" 2700-2900 5,69-9,4 137 2900
Е 2900-4980 11,5 317 -
Р 4980-5120 - - -
С 5120-6370 17,2 364 3900
50
Таблица. Физические характеристики геосфер
Происхождение солевых толщ
В соответствии с современной классификацией солеродных бассейнов [6-8 и др.] известны два основных типа галогенеза: эвапоритовый и вулканогенный эксгаляционно-осадочный.
Мелководный эвапоритовый галогенез. Процесс выпадения солей из морской воды в отшнурованных от океана прибрежных испарительных бассейнах аридных и семиаридных климатических зон человечеству был известен и широко использовался для добычи поваренной соли с незапамятных времен. Было установлено, что эвапоритовые бассейны размещаются в зонах аридного климата и, как правило, в тектонически стабильных регионах, ограничивающих до 40-50 м мощности соленако-пления. Осадочные образования этих бассейнов всегда полиминеральны [2], им свойственны четко выраженные слоистость и сезонные перерывы в осадконакоплении, а также многочисленные органические остатки, в том числе водно-рассольных гидробионтов.
Аридные климатические условия и связанные с ними эвапоритовые отложения имели широкое распространение на территории современной Беларуси, о чем свидетельствуют регионально выдержанные среднедевонские (эйфель) витебско-наровские гипсоносные толщи, а также месторождение гипса [5], сформированное в пределах Бриневского горста на западе центральной внутренней зоны Припятского палеорифта. Лито-геохимическим анализом выявлено еще два продолжительных периода существования аридного климата: верхнедевонский елец-ко-ливенско-домановичский и средне-верхнефаменский лебедянско-оресский. Однако ни в одном из них не обнаружено испарительного концентрирования воды до стадии выпадения галита (более 275 г/кг).
Эксгаляционно-осадочный глубоководный галогенез в бассейне Припятского внутрикон-тинентального рифта. Понятие «эксгаляционно-осадочный галогенез» означает процесс осаждения во внутриконтинентально-рифтовом водном бассейне солевых концентратов, выпадающих из верхнемантийно-нижнекоровых высокотемпературных (до 400-500 °С) и высокоминерализованных высоконапорных флюи-догазогидротерм в результате резкого снижения и давлений, и температур до нормально-морских показателей. Вопрос о механизмах, динамике и фазовом состоянии солей, так или иначе передвигающихся по профилю «верхняя мантия - внутририфтовый водный бассейн», до настоящего времени специально не обсуждался, хотя известно несколько точек зрения на этот счет: в виде сверхкрепких рассолов; соль и вулканические породы -это практически синхронно проявляющиеся продукты дифференциации мантийного вещества в зонах растяжения [15, 16]; дно современных рифтовых бассейнов представляет собой «сито», через которое поступает эндогенное вещество в виде не только литогенных продуктов
вулканизма [12], но и гидрогазотермального (флюидного) выноса верхнемантийно-нижнекорового вещества и тепловой энергии [13] в процессе вулкано-плутониче-ской деятельности.
Активный вулканизм в Припятском континентальном рифте начался 360-380 млн лет назад [3]. В последующем развитие рифта сопровождалось интенсивными тектоно-магматическими процессами в течение примерно 20 млн лет, что привело к формированию большей части его осадочной толщи за счет продуктов соленосных верхнемантийно-нижнекоровых эксгаляций. По данным [9, 10], наиболее мощная верхнедевонская вулканическая деятельность в Припятском прогибе протекала в евлановско-ливенское и лебедянско-данковское время. Начала позднефранского (evlan) этапа вулканизма и мощного соленакопления совпадают. Верхнефранские вулканизм и соленакопление завершались также практически одновременно.
Общая характеристика верхнедевонских вулканитов хорошо просматривается [9] в разрезе Борщевской площади в северо-восточной части прогиба, где под верхней соленосной толщей залегает мощный (свыше 1500 м) комплекс вулканогенных, вулканогенно-осадочных и нормально-осадочных пород. В строении комплекса участвуют две сложенные вулканическими туфами и туфо-брекчиями вулканогенно-осадочные толщи - нижняя (2720-3483 м, мощностью 763 м) и верхняя (2050-2460 м, мощностью 410 м). Обе представлены набором близких по петрографическому составу пород. В верхней толще преобладают туфы альбитизированных трахитов - кератофиров, в нижней - туфы смешанного состава: аль-битизированных трахитов и сильно хлоритизирован-ных пород спилитового облика, которые в [9] отнесены к кератоспилитам. Для пород спилито-кератофиро-вой формации характерно резко повышенное содержание суммы щелочей (в среднем 11,6%) при относительно высоком содержании K2O (в среднем 5,3%). По мнению В.П. Корзуна, породы спилито-кератофировой формации района Борщевки «могли сформироваться лишь при наличии... в данном районе глубоких разломов, достигающих очагов магмы в симатическом или сиалическом слое земной коры.» [9].
Показательно, что весь комплекс вулкано-плутонических образований на северо-востоке Припятского прогиба сформировался в задонско-елец-кое время, когда на всей остальной территории прогиба происходило нормально-морское осадконакопление и возникла межсолевая терригенно-карбонатная формация общей мощностью до 1000 м с парагенезом ангидритов, доломитов, известняков, мергелей, глин, песчаников и алевролитов. Отложения содержат обильную ископаемую фауну брахиопод, пелеципод, гастропод, криноидей, фораминифер, радиолярий, остракод, конодонтов, червей, скелеты рыб.
Геология
I
Рис. 2.
Тектоническая обстановка в Припятском палеорифте с позиций поступательно-вращательного движения блока внутреннего грабена (по [1]
1 - краевые разломы Припятско-Донецкого авлакогена; сдополнением)
2 - западная граница Припятского палеорифта;
3 - внутренний грабен;
4 - угол и направление поворота Северо-Припятского и Южно-Припятского краевых
разломов по отношению к таковым Днепровско-Донецкого авлакогена;
5 - вектор главных растягивающих напряжений палеорифта.
Схема динамического влияния Брагинского штампа:
6 - вектор активного усилия.
Траектория осей:
7 - сжатия,
8 - растяжения,
9 - площади активной вулканической деятельности и развития
вулканогенно-осадочных пород.
Следовательно, в Припятском палеорифте в различных геолого-структурных условиях независимо, и часто одновременно, формировались как соленосные, так и сульфатно-карбонатно-терригенные бессолевые отложения. При этом в глубоких частях бассейна имел место глубинный галогенез, а на палеоподнятиях и их склонах - нормально-морской бессолевой седиментогенез. Постепенно, по мере заполнения каменной солью палео-депрессий, галогенными образованиями охватываются и гипсометрические выступы, где свойственная им морская сульфатно-карбонатно-терригенная седиментация сменяется глубинным накоплением солей. Лебедянское соленакопление - пример подобного перекомпенсированного глубинно-солевого осадкообразования, обусловленного многими факторами: расчлененностью дна бассейна, высокой интенсивностью дифференцированных тектонических движений и столь же интенсивной разгрузкой верхнемантийно-нижнекоровых, преимущественно хло-ридно-натриевых высоконапорных газоводных геофлюидов высокой плотности и температур.
Несомненно, что на этапе интенсивного рифтогенеза тепловое состояние Припятского прогиба характеризовалось очень плотными тепловыми потоками, высокими температурами осадочного чехла и связанной с ними подземной гидросферы, формировавшимися по типу современных активных внутриконтинентальных и срединно-океанических рифтовых систем. В соответствии с этим вполне вероятным сценарием представляют интерес состав и температура современных внутририфтовых эксгаляций.
В сублиматах современных вулканических фума-рол устанавливается следующий ряд концентраций: Cl > NH4 > Na - K > Ca - Mg. Высочайшие концентрации Cl (в виде HCl) установлены в конденсатах геофлюидов
андезитовых вулканов Камчатки, Гватемалы (от первых граммов до 26 г/л) и мексиканского вулкана Парикутин (до 84% по объему). Содержание хлора в эксгаляциях действующего вулкана Килауэа (Гаваи) при температуре 328 °C достигает 69 г/л [17]. При этом нет сомнений, что эксгаляционное формирование соленосных толщ вну-тририфтовых бассейнов возможно только при условии высочайшей плотности эксгаляций по NaCl, выпадению из которых обязана своим существованием каменная соль палеорифтов. Показателен в этом отношении средний химический состав верхнефранской каменной соли Припятского прогиба (%): KCl 0,02-0,04; NaCl 93,03-98,80; MgCl2 0,02-0,05; CaSÜ4 0,75-1,66; CaCL0,01-0,03; нерастворимый остаток 0,40-5,15; Br 0,0121-0,059 [4]. Химический состав сильвинитов той же верхнефранской соленосной формации представлен (%): KCl 32,90-60,79; NaCl 31,1755,46; MgCl2 0,03-0,06; CaCL не обнаружено; CaSÜ4 0,422,73; нерастворимый остаток 1,12-8,08; Br 0,0286-0,0358.
Об очень высокой плотности соленосных эксгаля-ций, сформировавших соленосные толщи Припятского прогиба, свидетельствует и высочайшая минерализация (500-750 г/л) растворов включений (без учета NaCl) в галите Петриковского месторождения и в белом сильвине из гнезд Старобинского месторождения [4]. Уместно при этом отметить, что и высочайшие концентрации Br, изоморфно входящего в решетку калийных минералов, установлены в калийных рудах Петриковского месторождения (0,027-0,290%, в среднем 0,110-0,170%). Температура срединно-океаниче-ских гидротерм, в том числе и «черных курильщиков» Восточно-Тихоокеанского поднятия, достигает 350-400 °C и, судя по результатам изотопных исследований, может доходить до 550 °C [18].
Вертикальное движение снизу вверх подобных высокоминерализованных (до 500-750 г/л), высокотемпературных (до 350-550 °C) и высоконапорных (по-видимому, до сверхгеостатических давлений) соленосных экс-галяций (геофлюидов) и их разгрузка вследствие снижения температур и давлений резко повысили температуру осадочного чехла прогиба до 280 °C и выше [11], а также температуру вод внутририфтового бассейна [14]. В районах распространения вулканогенно-осадочных пород Припятского прогиба глубинные эксгаляции обеспечили также отмеченную в [9] скаполитизацию вулканитов - одно из проявлений высокотемпературного метаморфизма с участием соле- и водногазовых растворов с высокой соляной нагрузкой глубинно-эндогенного происхождения.
Если данные о чрезвычайно высокой минерализации глубинных эксгаляций (до 500-750 г/л) соответствуют палеоусловиям главной фазы рифтогенеза, то в связи с этим следует признать, что вещественный состав вну-тририфтовых эксгаляций почти на 75% был представлен флюиднофазовым расплавом NaCl и калийных солей,
и только 25% их объема составляли литофильные Ca, Mg и другие легко летучие элементы и соединения, а также ионные ассоциации сверхкритической воды, водород, СО2 и другие газы.
Таким образом, установлен вулканогенный эксга-ляционно-осадочный генезис мощных солевых толщ Припятского внутриконтинентального палеорифта. Об их глубинном верхнемантийно-нижнекоровом происхождении свидетельствует также изотопный состав защемленных в солях газов.
Глубинными источниками калиевых (сильвиниты) и калиево-магниевых (карналлиты) разновидностей солей Старобинского и Петриковского месторождений, а также горных пород спилито-кератофировой формации представляются магматические камеры верхнедевонских вулканов, расположенные на глубинах от 100— 120 (по В.Н. Ларину) до 400 км [10]. Сырьевой базой производства вакуум-выварочной пищевой соли служит Мозырское месторождение каменной соли, представляющее собой куполовидное поднятие (диапир). Получение пищевой соли на предприятии ОАО «Мозырьсоль» осуществляется растворением водой соленосной толщи и приготовлением насыщенного рассола как технологического сырья для выпуска базового сорта соли экстра «Полесье». ЕИ
fcMSiib http://innosfera.by/2017/11/Salt ЛИТЕРАТУРА
1. Айзберг Р.Е. Синрифтовая геодинамика Припятского прогиба / Р.Е. Айзберг, Т.А. Старчик.- Минск, 2013.
2. Баталин Ю.В. Континентальные соленосные отложения и условия их формирования / Ю.В. Баталин, Е.Ф. Станкевич // Проблемы соленакопления. Т. 1.- Новосибирск, 1977. С. 34-49.
3. Гавриш В.К. О связи рифтообразования и вулканизма / В.К. Гавриш, Л.И. Рябчун // Вулканизм и рудные формации Днепровско-Донецкой впадины и Донбасса.- Киев, 1997. С. 23-34.
4. Гарецкий Р.Г. Девонские соленосные формации Припятского прогиба / Р.Г. Гарецкий, В.З. Кислик, Э.А. Высоцкий и др.- Минск, 1982.
5. Гарецкий Р.Г. Соленосные формации Беларуси / Р.Г. Гарецкий, Э.А. Высоцкий // Геология и освоение ресурсов галогенных формаций: материалы Междунар. конф. «Проблемы формирования и комплексного освоения месторождений солей».- Пермь, 2001. С. 107—114.
6. Гемп С.Д. К вопросу формирования соленосных отложений Днепровско-Донецкой впадины // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1979, №9. С. 124-140.
7. Гемп С.Д. О возможных причинах развития хлоридного галогенеза // Общие проблемы галогенеза.- М., 1985. С. 48-59.
8. Джиноридзе Н.М. Миоценовые солеродные бассейны Карпато-Средиземноморской провинции и проблема галогенеза: автореф. дис. ... д-ра геол.-минер. наук / Н.М. Джиноридзе.- Л., 1982.
9. Корзун В.П. О верхнедевонских вулканогенных образованиях района Борщевки: материалы Первой научной конф. молодых геологов Белоруссии.- Минск, 1965. С. 74 -76.
10. Корзун В.П. Верхнедевонская щелочная вулканогенная формация Припятской впадины / В.П. Корзун, А.С. Махнач.- Минск, 1977.
11. Кудельский А.В. Образование и миграция нефти (термобарические аспекты) / А.В. Кудельский, К.И. Лука-шев.- Минск, 1974.
12. Лисицын А.П. Процессы океанической седиментации. Литология и геохимия.- М., 1978.
13. Лукин А.Е. Литолого-динамические факторы нефтегазонакопления в авлакогенных бассейнах.- Киев, 1997.
14. Петриченко О.И. Физико-химические условия древнего соленакопления и эпигенез галогенных осадков: автореф. дис. ... д-ра геол.-минер. наук / О.И. Петриченко.- Новосибирск, 1982.
15. Созанский В.И.Геология и генезиссоленосных образований.-Киев, 1973.
16. Созанский В.И. Соленакопление в свете идей новой глобальной тектоники / В.И. Созанский // Проблемы соленакопления. Т. 1.- Новосибирск, 1977. С. 52-57.
17. Уайт Д.Е. Вулканические эманации / Д.Е. Уайт, Г.А. Уоринг // Геохимия современных поствулканических процессов.- М., 1965. С. 9-48.
18. Merlivat L. Hydrothermal vents waters at 13°N on the East Pacific Rice: isotopic composition and gas concentration / L. Merlivat, E. Pineau, M. Javey // Earth and Planer Sci. Lett. 1987. Vol. 1. P. 100-108.
