CC BY
33
УДК 551.24
СУЩЕСТВЕННЫЕ ЧЕРТЫ АВЛАКОГЕНОВ, СИНКЛИНОРНЫХ ПРОГИБОВ И ВПАДИН В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ТИПИЗАЦИИ КОРОВЫХ СТРУКТУР
А.А. Предовский1,2, И.В. Чикирёв1,2, Д.А. Некипелов2
1 Г еологический институт КНЦ РАН
2 Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета
Аннотация
На основе модели мантийно-корового взаимодействия и морфоструктурного подхода характеризуются особенности образования синформовых коровых структур (авлакогенов, линейных синклинорных прогибов и впадин). Показано, что управляющий фактор процесса - активизированные долгоживущие глубинные линеаментные зоны (ДЛЗ). Ключевые слова:
мантийно-коровое взаимодействие, авлакогены, прогибы, впадины, типизация коровых структур.
В предыдущих публикациях авторов по рассматриваемой проблеме [1-4] были сформулированы принципы предлагаемого подхода и показана обобщенная модель мантийно-корового взаимодействия в качестве возможной его теоретической основы.
В настоящем сообщении на базе полученных авторами ранее результатов и анализа литературных данных характеризуются черты синформовых (прогибовых) коровых структур регионального масштаба, важные для их типизации.
Как правило, линейные прогибы, имеющие протяженность в сотни километров и более и ширину от первых десятков километров, в ходе развития претерпевают процессы наполнения материалом супракрустальных толщ. В прогибах умеренно активного режима накапливаются продукты седиментогенеза. Присутствие в слоистых толщах вулканитов и вулканогенноосадочных пород - прямое свидетельство повышенной активности прогибов и управляющих ими долгоживущих разломных зон (ДЛЗ).
Прогибы бесконечно многообразны, что определяется их взаимосвязями с разными типами платформ, метаплатформ, подвижных поясов, разными этапами эволюции геологических процессов, начиная от самых ранних. Но есть и общие черты их заложения и развития, что приводит к необходимости выяснения причин и механизмов, несомненно, эволюционирующих во времени, но сохраняющих некие принципиальные особенности. Здесь к месту напоминание о том, что автором термина и понятия «авлакоген» (греч. «авлакос» - борозда, т.е. бороздой рожденный) является акад. Н.С. Шатский, один из крупнейших геологов России XX века -времени успешного развития геологической науки в мире.
Главная принципиальная особенность и управляющий фактор рождения и развития рассматриваемой группы морфоструктур - это наличие в их основании простых или сложных, прежде всего продольных ДЛЗ, представляющих собой каналы транспорта глубинных теплоносителей и сопровождающих веществ. Эти каналы входят в иерархию единой глобальной системы [1, 2]. Для обсуждаемых морфоструктур, как уже отмечалось, они - первопричина, выявляемая при анализе геолого-геофизических карт, профилей и крупных элементов рельефа регионального масштаба.
Впервые для авторов возможности понимания главных факторов зарождения и развития линейных прогибов наметились при изучении комплексных данных по островодужным структурам так называемых «активных зон перехода континент-океан», когда было показано, что среди островных дуг присутствуют 2 самостоятельных типа образований - собственно островодужных, наиболее
распространенных, и петлевых, в том числе в виде гигантских структурных петель [2-4]. Происхождение последних связывалось нами со сложным поведением мантийных диапиров в областях пересечения ДЛЗ, где вещество диапиров неравномерно проникало в кору, вызывая процессы горизонтального пластического движения не только вещества самих диапиров, но и, как следствие, корового материала [4], оттесняемого расползающимися диапирами.
При изучении особенностей размещения петлевых структур было установлено их присутствие в крупных складчатых поясах, в особенности позднего фанерозоя, и выявлены закономерности развития, важные для расшифровки механизма формирования прогибов в общем плане [3, 4].
Для весомых выводов полезно хотя бы кратко рассмотреть некоторые конкретные примеры. Целесообразно обратиться при этом к шельфовым областям, так как они, с одной стороны, имеют черты неполно развитых континентальных образований, а с другой стороны, отражают некоторые особенности океанских площадей.
Необходимы пояснения, касающиеся соотношения континентов, океанов и шельфов в геологической истории Земли, что было в предположительной форме затронуто в одной из наших предыдущих работ [5].
Суть дела в том, что собственно геологической истории Земли предшествовала ее аккреция, причем, как постепенно выясняется в последние десятилетия, аккреция прошла по схеме гетерогенно-полихронного процесса, и Земля поэтому была изначально весьма неоднородной [2, 6-9]. Кроме того, в конце этапа аккреции наша планета пережила глобальный процесс плавления верхов мантии и рождения сиалической протокоры диоритового состава с мощностью около первого десятка километров. Причина этого плавления и рождения сиалической протокоры пока не ясна. Время завершения аккреции и формирования протокоры названо Престоном Клаудом хадеем (Наёеап). Оно завершилось около 4.0 млрд лет назад, когда началась геологическая история планеты. В объеме этой истории происходили зарождение и рост континентов, затем, как следствие, - заложение и развитие океанов и шельфов, причем континенты по мере роста, вероятно, испытывали нарастающую тенденцию к воздыманию. Океаны в эпоху «океанизации Земли» [5], очевидно, испытали погружение, а шельфы как незавершенные континентальные массы пережили активную перестройку и обнаруживают тенденцию умеренного, но несомненного погружения, что отражено в развитии систем глубоких прогибов разного типа и размера.
Кроме прочего, сказанное выше означает: при анализе и синтезе геоисторических данных необходимо помнить, что кроме мощных масс зрелой континентальной коры древних платформ существуют породы более ранней сиалической протокоры. Ее (протокоры) реликты могут быть встречены не только в пределах континентов, где их присутствие бесспорно, но и на океанских площадях - близко к поверхности под слоем океанических базальтов и их подложки, и в глубинах океанической коры.
На площадях современных континентов рост их коры, вероятнее всего, начинался на основе протокорового материала. В свое время Б. Броком [10] на примере Африканского континента было показано, что формирование континентов начиналось с протократонов, рост и слияние которых постепенно привели к образованию континентальных масс. Их консолидация в фанерозое, вероятно, и привела к усилению процессов воздымания и могла служить стартовой причиной глубинного пластического перетекания мантийного вещества под краевые области континентов и, как следствие, к началу опускания дна будущих океанических бассейнов.
Один из выдающихся исследователей арктической шельфовой области России - акад. И.С. Грамберг в свое время сформулировал как благоприятный для нефтегазоносности признак наличия в этой области участков и районов сокращения мощности гранитно-метаморфического слоя коры, вплоть до появления «безгранитных окон». И сейчас этот признак широко обсуждается в литературе, притом часто без убедительных объяснений. Но объяснением могут быть причины, вызывающие само появление троговых или синклинорных прогибов шельфов.
Пример шельфового прогиба (трога) показан на рис. 1 из книги о сейсмической модели Баренц-региона 1998 г. [11]. Это практически поперечный разрез нефтегазоносной Южно-Баренцевской впадины как части крупного прогиба (трога) северо-восточного простирания. Рисунок весьма схематизирован, но имеет важную особенность: зеркальное соотношение
4
воздымания базальтового слоя и поверхности М относительно прогиба глубокой части впадины. Эта особенность сопровождается еще двумя другими: сокращением мощности складчатого фундамента (гранитно-метаморфического слоя) по направлению к внутренней части впадины вплоть до полного исчезновения («безгранитное окно») и наличием крупных продольных разломов в зоне резкого сокращения мощности корового слоя.
Помимо отмеченных особенностей, важными для интерпретации разреза на рис. 1 являются и другие, в том числе геофизические признаки «аномальности» базальтового слоя и верхов мантии под наиболее глубокими частями Южно-Баренцевской впадины и проявление базальтового магматизма в ее нарушенных бортах и основании всего Восточно-Баренцевского прогиба [11, 12].
С учетом имеющегося опыта интерпретации сейсмических моделей литосферы, например, основных геоструктур территории СССР [13] и отмеченных выше особенностей впадины, рис. 1 может быть истолкован как результат «расталкивания» собственно корового материала (обозначение 2 на рис. 1) активизированным мантийным веществом и «аномальным» материалом базальтового слоя, воздымающимися по ДЛЗ осевой части прогиба (трога). Возникающие неясности и вопросы обусловлены, прежде всего, схематичностью подхода авторов работы 1998 г. [11] к исходным геофизическим данным.
Рис. 1. Глубинный геологический разрез Южно-Баренцевской впадины как части нефтегазоносного Восточно-Баренцевского прогиба (трога), построенный на основе сейсмического профиля ГСЗ-82 (по М.Л. Вербе, А.Д. Павленкину и Ю.В. Тулиной [11]):
1- базальтовый слой с границей М внизу; 2 - гранитно-метаморфический слой; 3 - осадочные породы фанерозоя; 4 - разломы; цифры по вертикали и горизонтали - глубины и расстояния, км
В определенной мере поддержкой нашей интерпретации рис. 1 может быть рис. 2 из работы [12]. На этом рисунке показана ситуация в той же структуре, что и на рис. 1, но взаимосвязь корового прогиба с зеркально противостоящим воздыманием мантии и «аномального» базальтового слоя видна здесь более четко.
Наиболее крупным примером из названных является Прикаспийская впадина, входящая в гигантский морфоструктурный ансамбль Каспийского моря и его обрамления, расположенный в юго-восточном углу Восточно-Европейской платформы, где реализуется переход от субмериодиональных подвижных структур Урала (Предуральский прогиб и др.) к субширотным системам Кавказа как части Средиземноморского подвижного пояса (рис. 3).
Кроме того, приведенные выводы о «расталкивании» корового материала (как более легкого) воздымающимися и проникающими в кору по системам разломных зон «аномальными» массами более тяжелых пород мантии и нижекоровых могут быть подкреплены результатами наших исследований по петлевым структурам подвижных областей [3, 4].
Помимо линейных прогибов, известны крупные и достаточно хорошо изученные изометричные прогибы - впадины и синеклизы. В их числе такие объекты, как Прикаспийская, Днепрово-Донецкая впадины, Донбасс, Вилюйская и Тунгусская синеклизы [13-15].
Рис. 2. Обобщенная схема геологогеофизического субширотного разреза (ЮЗ-СВ)
от Балтийского щита до зоны мезозоид Новой Земли, по [12]:
1-3 - осадочное выполнение Восточно-Баренцевского прогиба (трога);
4 - комплексы складчатого основания;
5 - базальтовый слой; 6 - мантия;
7 - геофизически «аномальная» кора и мантия; 8 - разломы; цифры по вертикали и горизонтали - глубины и расстояния, км
На рис. 3 показано одно из сечений Прикаспийской впадины по сейсмическому профилю северо-восточного направления (по работе [13]). Рисунок обнаруживает уже знакомые черты зеркального соотношения воздымающейся границы М и прогибающейся поверхности фундамента слоистых осадочных толщ впадины, разрез которых венчается соленосными отложениями. Характерно, что мощность коровых толщ фундамента резко сокращается по направлению к центру воздымания мантии, несмотря на то, что данный профиль - продольный по отношению к исследованному прогибу, одному из составляющих элементов Прикаспийской впадины, среди которых выявлен ряд частных прогибов и поднятий, связанных с разломами мозаичного ансамбля Прикаспийской впадины [13-15].
Рис. 3. Сейсмический разрез по профилю Элиста-Бузулук в северо-западной части Прикаспийской впадины по А.В. Егоркину, Э.Г. Даниловой, Л.Б. Щегловой [13]:
1 - поверхности корового фундамента и М по преломленным и обменным волнам; 2 -осадочное выполнение Прикаспийской впадины; 3 - комплексы корового фундамента; 4 - мантия;
5 - участки мантии с пластовыми скоростями более 8.6 км/с; 6 - области
пониженных скоростей в коре; 7 - области пониженных скоростей в мантии; 8 -разломы; цифры по вертикали и горизонтали - глубины и расстояния, км
Рис. 4 из работы [14] представляет результаты геолого-геофизических работ по профилю р. Волга - р. Урал - г. Актюбинск. Он, в связи с субширотной ориентировкой и четкой картиной зеркального соотношения донной части Прикаспийской впадины, заполненной фанерозойскими толщами, и воздымающегося «базальтового» слоя, так же, как и рис. 3, может служить подтверждением вероятности «расталкивания» коровых масс расползающимися диапирами из «аномальных» масс вещества верхней мантии и «базальтового» слоя. Эти массы в своем распределении и движении (подъем и горизонтальное растекание), по-видимому, подчинены влиянию ДЛЗ. Последние обнаруживаются по признакам присутствия разломов.
з всв
р. Волга р.Урш Актюбинск
10 -20 -ЗО -40 -
Рис. 4. Обобщенный глубинный геологогеофизический профиль через Каспийскую впадину по линии р. Волга - р. Урал -г. Актюбинск, по [14]:
1 - пермь-третичные отложения, включая кунгурские соленосные отложения и солевые штоки; 2 - подсолевые фанерозойские толщи;
3 - гранитно-метаморфический слой коры;
4 - базальтовый слой коры; 5 - верхняя мантия; 6 - разломы; цифры по вертикали -глубина, км
Рис. 5. Обобщенная предлагаемая модель морфоструктуры корового прогиба, возникающего в ходе мантийно-корового взаимодействия (поперечный глубинный разрез): 1 - супракрустальное наполнение прогиба; 2 -фундамент прогиба (коровые толщи стратисферы); 3 - внутрикоровые границы; 4 -расползающиеся массы мантийного диапира, поднявшегося в кору; 5 - базитовые и гипербазитовые массы переходной зоны кора-мантия, включающей базальтовый слой и верхи мантии; 6 - область «аномальной» мантии и «аномального» базальтового слоя в зоне влияния ДЛЗ; 7 - мантия; 8 - поверхность М;
9 - направления «расталкивания» корового материала расползающимся мантийным диапиром; 10 - направление восходящего энерго-массопотока в канале ДЛЗ
Всё изложенное выше позволяет построить возможную модель морфоструктуры корового прогиба, возникающего в результате мантийно-корового взаимодействия. Управляющим фактором является активизированная ДЛЗ. Предполагаемая модель (рис. 5) нуждается в дополнительных пояснениях, подчеркивающих ее доказательную ценность:
1) модель представлена в виде поперечного разреза линейного прогиба и иллюстрирует сравнительно простой случай, когда «работает» одиночная ДЛЗ;
2) на рисунке показано характерное зеркальное соотношение форм воздымания сложного глубинного диапира, состоящего из активизированного «аномального» вещества верхов мантии и базальтового (гранулит-базитового) слоя;
3) воздымание сложного диапира происходит в связи с тем, что его вещество «аномально» из-за частичного плавления и нагрева, а также из-за присутствия флюидного теплоносителя, вызвавшего нагрев. Суммарно эти две причины делают диапир менее плотным, чем окружающая мантия и даже базальтовый слой. В связи с этим диапир «всплывает» на уровень коры, а там оказывается тяжелее корового материала. Начинается его горизонтальное растекание (расползание) и «расталкивание» корового материала, что вызывает уменьшение мощности последнего в зоне действия всплывающего диапира и проседание поверхности коры, т.е. возникновение прогиба;
4) если «расталкивание» корового материала происходит интенсивно, то его мощность заметно нарастает в обе стороны от основания рождающегося прогиба. Само основание прогиба в таких случаях может ложиться прямо на воздымающийся сложный диапир, что и рассматривается при геологической интерпретации геофизических данных как «безгранитное окно»;
5) в зонах соприкосновения масс расползающегося диапира и коровых, по всей вероятности, могут происходить процессы некоего взаимодействия, но данных для суждения о характере этого взаимодействия совершенно не достаточно, хотя в некоторых современных публикациях появление «безгранитных окон» шельфов связывается с кислотным выщелачиванием и выносом корового материала. Представляется, что подобные предположения не обеспечены фактическими данными и умозрительны, если иметь в виду колоссальные объекты корового материала, уходящего из районов «безгранитных окон»;
6) предпринятый анализ исходных данных рис. 2-4 и других подобных примеров позволяет весьма осторожно предположить, что из зоны «встречного движения» воздымающихся масс верхней мантии и проседающего днища растущего прогиба может дополнительно происходить горизонтальный пластический отток прогретого и насыщенного теплоносителями вещества не только «гранитно-метаморфического», но и «базальтового» слоя. Это явление, вероятно, отражено в уменьшении мощности не только корового материала в целом, но и базальтового слоя в области донной части прогиба. Таким образом, во всех рассмотренных случаях первоначальный воздымающийся элемент - мантия, обретающая это свойство под влиянием активизированных ДЛЗ;
7) приведенные примеры и пояснения к обобщенной и упрощенной модели формирования линейных прогибов и изометричных в той или иной мере впадин (рис. 5) описывают прежде всего их элементарные черты. Крупные региональные системы коровых структур могут быть достаточно сложными, иметь многократную и весьма длительную историю формирования и преобразования, но при их исследовании, по-видимому, целесообразно исходить из представлений об элементарных типах структур, к которым относятся рассмотренные в настоящем сообщении линейные прогибы и впадины. К их главным фундаментальным особенностям, имеющим классификационное значение, могут быть отнесены следующие:
• зеркальное соотношение нижних частей развивающихся впадин и прогибов и проявляющихся тенденций встречного воздымания поверхности мантийных диапиров «аномальных» площадей «базальтового» (гранулит-базитового) слоя и поверхности М;
• подъем и проникновение мантийных диапиров, в том числе сложных, с участием активизированного под влиянием потока теплоносителей (по ДЛЗ) вещества «базальтового» слоя на внутрикоровый уровень;
• признаки горизонтального растекания материала мантийных (простых и сложных) диапиров в стороны от погружающихся частей прогибов и простых впадин и сокращения в этих зонах объема корового вещества вплоть до появления «безгранитных окон»;
• признаки зависимости проявления перечисленных особенностей от наличия ДЛЗ и степени активизации последних [2, 4].
В качестве крупных и сложных региональных коровых структурных систем, до сих пор требующих углубленного геокинетического и геодинамического понимания, могут быть упомянуты такие объекты глобального значения, как разновозрастные (от архея до кайнозоя) складчатые системы (или подвижные пояса) и крупнейшие континентальные впадины, в особенности второй половины фанерозоя, относящиеся к эпохе «океанизации Земли». В их числе и такой перспективный регион, как Западно-Сибирская молодая плита - объект многочисленных дискуссий и область важнейших нефтегазовых месторождений, обнаруживающая многие черты сходства с важнейшими продуктивными метаплатформами шельфовых зон Земли [11-15].
Авторы настоящей публикации выражают надежду, что представленные в ней предложения окажутся полезными при анализе сложных структурных коровых ансамблей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Предовский А.А. Об одной проблеме геологического сознания: насколько же важна разломная тектоника? // Тиетта. 2009. №2 (8). С. 15-19. 2. Предовский А.А. Формационный анализ супракрустальных толщ (введение в проблему стратисферы Земли). Мурманск: Изд-во МГТУ, 2011. 190 с. 3. Предовский А.А. О возможном механизме развития гигантских структурных петель Земли / А.А. Предовский, И.В. Чикирёв, Н.С. Абмаева // Межвузовский сборник трудов научно-технической конференции «Наука и образование - 2010».Мурманск: Изд-во МГТУ, 2010. С. 246-249. 4. Предовский А.А. Существенные особенности мантийно-корового взаимодействия как важного фактора морфоструктурного процесса / А.А. Предовский, И.В. Чикирёв // Вестник Кольского научного центра РАН. 2012. № 1 (8). С. 159-166. 5. Предовский А.А. К истории петрогеохимических исследований
супракрустальных толщ докембрия в Карело-Кольском регионе // Вестник КНЦ РАН. Апатиты. 2012. № 4. С. 9398. 6. Авсюк Ю.Н. Приливные силы и природные процессы. М.: ОИФЗ РАН, 1996. 188 с. 7. Авсюк Ю.Н. Внеземные факторы, воздействующие на тектогенез // Фундаментальные проблемы общей геотектоники. М.: Научный мир, 2001. С. 425-443. 8. Ларин В.Н. Наша Земля: происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли. М.: Агар, 2005. 248 с. 9. Щеглов А.Д. Нелинейная металлогения и глубины Земли / А.Д. Щеглов, И.Н. Говоров. М.: Наука, 1985. 324 с. 10. Брок Б.Б. Рифтовые долины кратона // Система рифтов Земли. М.: Мир, 1970. С. 74-91. 11. Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы. Ч. 1. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1998. 204 с. 12. Сенин Б.В. Тектоника Арктической зоны перехода от континента к океану / Б.В. Сенин, Э.В. Шипилов, А.Ю. Юнов. Мурманск: Мурманское книжное издательство, 1989. 176 с. 13. Сейсмические модели литосферы основных геоструктур территории СССР. М.: Наука, 1980. 184 с. 14. Милановский Е.Е. Геология России и ближнего зарубежья. М.: МГУ, 1996. 446 с. 15. Тектоника нефтегазоносных областей / под ред. Ю.А. Косыгина. М.: Гостоптехиздат, 1958. Т. II. 613 с.
Сведения об авторах
Предовский Александр Александрович - д.г.-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник; e-mail: [email protected]
Чикирёв Игорь Владимирович - к.г.-м.н., доцент, заместитель директора МГТУ; e-mail: [email protected]
Некипелов Дмитрий Александрович - студент; e-mail: [email protected] УДК 621.039.58
ИССЛЕДОВАНИЕ НАКОПЛЕНИЯ ДОЛГОЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ В АКТИВНЫХ ЗОНАХ РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК АТОМНЫХ ЛЕДОКОЛОВ
Н.Н. Мельников, В.П. Конухин, В.А. Наумов, С.А. Гусак, А.В. Наумов,
Е.В. Караваева
Г орный институт КНЦ РАН
Аннотация
Дана краткая характеристика проблемы утилизации ядерных и радиационно опасных объектов на бывших береговых базах Северного флота и плавучих технических базах (ПТБ) атомного ледокольного флота, расположенных на Кольском полуострове. Представлены методология и основные результаты исследования накопления долгоживущих радионуклидов в активных зонах реакторов атомных ледоколов «Ленин», «Арктика» и «Сибирь», из которых отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) перегружалось на ПТБ «Лепсе» в период с 1963 по 1981 год. На основе результатов исследования выполнена оценка а- и p-активности ОЯТ в хранилище «Лепсе» на настоящий период времени.
Ключевые слова:
радиационно опасные объекты, атомные ледоколы, утилизация, отработавшее ядерное топливо, долгоживущие радионуклиды.
Регион Европейского Севера России (Мурманская и Архангельская области), где на протяжении более полувека базировались около двух третей атомного подводного флота и надводных кораблей с реакторными установками (РУ) СССР и России, а также весь отечественный атомный ледокольный флот, с точки зрения ядерных и радиационных рисков относится к наиболее опасным территориям страны и мира. Наследием интенсивного развития атомно-энергетического комплекса в регионе явились многочисленные проблемы, которые, в частности, обуславливают ядерную и радиационную опасность объектов утилизации и экологической реабилитации.
В последние годы Росатом при международной финансовой помощи ведет практическую реализацию проектов по реабилитации и утилизации ряда объектов, среди которых можно выделить бывшие береговые технические базы (БТБ) Северного флота в губе Андреева и пос. Гремиха и плавучую техническую базу (ПТБ) «Лепсе», которые по уровню риска относятся к наиболее радиационно опасным объектам в регионе.
