Введение к работе
Объект исследования. Тепловой режим земной коры территории Тувы.
Актуальность исследований. Основным параметром, позволяющим оценить тепловой режим геологических структур, является внутриземной тепловой поток. Тепловой поток несёт важную информацию о глубинных температурах, фазовом состоянии, термических неоднородностях, термодинамических условиях в литосфере, которые в значительной степени определяют её напряжённо-деформированное состояние и интенсивность тектонических и сейсмических процессов.
В кайнозойскую эру в Алтае-Саянской складчатой области (АССО) произошла активизация тектономагматических процессов, в результате которых на территории Тувы сформировались горные хребты и значительные депрессии, а в восточной части, являющейся зоной сочленения с Байкальской рифтовой зоной, произошли крупные излияния базальтов, образовавшие Восточно-Тувинское лавовое нагорье (ВТЛН) и протяжённые долинные лавовые потоки. Вопрос о природе и масштабах тектономагматической активизации в Восточной Туве ещё остаётся открытым. В решении этой проблемы знание величины и пространственных вариаций теплового потока является необходимой составляющей.
Тепловой поток АССО изучался геотермическим методом с 60-х годов прошлого столетия сотрудниками ИГиГ СО АН СССР (Тепловое поле недр Сибири, 1987). Однако до сих пор очень мало измерений теплового потока выполнено в юго-восточной части области — на территории Тувы, являющейся одним из наиболее сейсмоактивных регионов. Тепловой поток был измерен здесь всего в десяти пунктах. Только три из них, зафиксировавшие аномально высокий тепловой поток, расположены в восточной части Тувы. Для оценки теплового режима литосферы, испытавшей тектономагматическую активизацию, необходимо получить новые данные о тепловом потоке Тувы.
Так как дальнейшее применение геотермического метода в Туве невозможно из-за отсутствия скважин, для решения задачи был использован, впервые в АССО, нетрадиционный изотопно-гелиевый метод оценки теплового потока по результатам изучения стабильных изотопов гелия (3Не и 4Не) во флюидах термальных источников (Поляк, 1988). Это требует проведения дополнительных исследований для оценки применимости метода в условиях Тувинского региона.
Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью более детального изучения распределения теплового потока в Тувинском регионе посредством применения изотопно-гелиевого метода с целью уточнения представлений о тепловом режиме литосферы, испытавшей тектономагматическую активизацию в кайнозое.
Цепь работы—оценка распределения теплового потока на территории Тувы геотермическим и изотопно-гелиевым методами, прогнозирование глубинных температур.
Научная задача—использовать изотопно-гелиевый метод для оценки теплового потока на территории Тувы. Задача решалась поэтапно:
-
Отбор проб газа и воды из термоминеральных источников Тувы, определение в них изотопов гелия.
-
Обработка результатов анализов, характеристика пространственного распределения изотопов гелия.
-
Вычисление теплового потока по соотношению изотопов гелия в термоминеральных источниках, составление карты теплового потока Тувы по геотермическим и изотопно-гелиевым данным.
-
Оценка глубинных температур имощности литосферы геотермическим методом.
Фактический материал, методы исследования. Фактическим материалом для решения поставленных задач стали результаты экспедиционных исследований автора в период 2004-2007 гг., полученные в ходе выполнения инициативного регионального проекта РФФИ № 05-05 97225 р-байкал_а и интеграционных проектов СО РАН 2006-2008 гг. (№ 87, 88), а также опубликованные данные, полученные другими исследователями на территории Тувы. В экспедиционные периоды автором проведено опробование 28 термоминеральных источников, расположенных на территории Тувы и юго-западной Бурятии с целью изотопно-геохимических исследований. Всего отобрано и проанализировано 58 проб спонтанного газа и воды. Анализ газовых и газосодержащих проб воды на изотопы гелия, неона и аргона проводился в Лаборатории геохронологии и геохимии изотопов ГИ КНЦ РАН (г. Апатиты). Автором выполнена обработка, интерпретация, системный анализ и обобщение опубликованных и фондовых материалов. Сформирован банк данных по результатам изотопно-геохимических анализов и определений теплового потока, выполненных прямым геотермическим и изотопно-гелиевым методами. Составлены карты пространственного распределения изотопов гелия и теплового потока Тувы.
Защищаемые научные результаты:
-
В восточной части Тувы выявлена обширная изотопно-гелиевая аномалия, свидетельствующая об аномальной разгрузке массопотока из мантии. Аномалия совпадает с областью проявления четвертичного вулканизма в Восточной Туве, но значительно превышает её по площади; на востоке она смыкается с аналогичной аномалией в Байкальской рифтовой зоне.
-
В восточной части Тувы по изотопно-гелиевым и геотермическим данным выявлена аномалия высокого теплового потока (порядка 70-80 мВт/м2), свидетельствующая об аномальной разгрузке теплопотока из мантии, возможно, обусловленной подъёмом в этом регионе астеносферы до 60-70 км.
Новизна работы. Личный вклад:
1. Автором проведено опробование термоминеральных источников Тувы и прилегающей территории на элементный и изотопный состав гелия и других благородных газов. В результате выявлена обширная изотопно-гелиевая аномалия на востоке Тувы, которая является продолжением изотопно-гелиевого максимума Тункинской и Хубсугульской впадин Байкальской рифтовой зоны и протягивается на юг в Монголию. Сделан вывод, что аномалия свидетельствует о наличии скрытого мантийного массопотока в литосфере Восточной Тувы, транспортирующего силикатное вещество и
глубинный гелий. Составлены схемы распределения отношений изотопов гелия для территории Тувы и Южно-Байкальской вулканической области. 2. Впервые в АССО автором использован изотопно-гелиевый метод для определения значений теплового потока. Выполнена оценка применимости этого метода для условий Тувы. Получено 16 новых оценок теплового потока в основном в восточной части региона. Показано, что флюиды источников Центральной и Западной Тувы, формирующиеся в зоне активного водообмена, содержат только атмосферные компоненты, что не позволяет привлекать их для оценки теплового потока. Новые данные позволили выявить и пространственно оконтурить обширную положительную аномалию теплового потока на востоке Тувы, которая является продолжением на запад аномалии теплового потока в пределах юго-западного фланга Байкальской рифтовой зоны. Эта обширная область высокого теплового потока обусловлена единым мантийным источником в недрах Южно-Байкальской вулканической области, поддерживающим развитие процессов рифтогенеза на территорию Тувы. Составлен банк данных по тепловому потоку и изотопам гелия. Составлена карта теплового потока Тувы. Сведения о тепловом потоке использованы для расчёта глубинных температур и мощности термической литосферы в Тувинском регионе.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлялись на международных и российских конференциях: VII Международной конференции «Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов» (Кызыл, 2005); Всероссийских совещаниях «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса» (Иркутск, 2006, 2007); «Разломообразование и сейсмичность в литосфере: тектоно-физические концепции и следствия» (Иркутск, 2009).
Материалы диссертации полностью изложены в 9 публикациях, из них 1 статья в ведущем рецензируемом научном журнале, определённом Высшей Аттестационной комиссией (Доклады АН), 1 — коллективная монография, 7 публикаций в трудах и материалах научных конференций.
Практическая значимость результатов. Выполненные исследования существенно улучшили геотермическую изученность территории Тувы (особенно её восточной части). Новые оценки теплового потока позволяют перейти к построению корректных тепловых моделей литосферы региона, необходимых для понимания геодинамических процессов, происходящих в зоне сопряжения Алтае-Саянской складчатой области и юго-западного фланга Байкальской рифтовой зоны. Наработанный в Туве опыт применения изотопно-гелиевого метода для оценки теплового потока может быть использован и в других районах АССО.
Структура и овъём работы. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения и списка литературы из 73 наименований. Работа содержит 82 страницы машинописного текста, а также 8 таблиц, 15 рисунков и 6 фотографий.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность своему научному руководителю докт. геол.-мин. наук А.Д. Дучкову за советы и поддержку в проведении исследований и написании работы, докт. геол.-мин. наук Б.Г. Поляку, канд. хим. наук И.Л. Каменскому, чл.-кор. РАН В.В. Ярмолюку, докт. геол.-мин. наук М.Д. Хуторскому, канд. техн. наук Л.С. Соколовой, докт. геол.-мин. наук B.C. Кусковскому за ценные советы и обсуждения. Автор признателен директору ТувИКОПР СО РАН докт. геол.-мин. наук В.И. Лебедеву и зав. лаб. ТувИКОПР СО РАН канд. геол.-мин. наук А.А. Монгушу за поддержку и помощь в организации исследований и позитивную критику. Постоянная поддержка оказывалась со стороны коллег — сотрудников ТувИКОПР СО РАН: канд. геол.-мин. наук А. М. Сугораковой, О.Д. Аюновой, С.А. Чупиковой.
