НАПОРНО-ФЛЮИДНАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ «ЛЕДНИКОВОГО ТИПА»

Епифанов В.А.

Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья, Новосибирск, v-pif@sniiggims.ru

На равнинных территориях севера Евразии и Североамериканского континента широко распространен рельеф «волнистого» характера, обусловленный тесным сочетанием в пространстве холмов, валов и гряд с бессточными долинами, низинами и впадинами занятыми озёрами или болотами, часто геометризированны-ми в виде кольцевых дугообразных и округлых форм. В формировании такого рельефа ведущую роль играют осадочные отложения, состоящие из несортированных по размеру и степени окатанности обломков местных пород, иногда содержащих чужеродный для региона «экзотический» материал. Заметную роль в составе осад­ков играют глины и валунный материал, который представлен в виде отдельных крупных валунов, располо­женных на земной поверхности, реже в матриксе из мелкозёма, но чаще всего в виде обособленных прослоев и линз, слагающих самостоятельные горизонты. Такое сочетание литолого-геоморфологических особенностей воспринимается как типично ледниковое, сформированное в обстановке существования и деградации мощ­ных подвижных ледников в результате их экзарационной и аккумулятивной деятельности. После датирования осадков формирование таких палеоледниковых ландшафтов соотносят с той или иной ледниковой эпохой (гля-циалом), и выделяют область её распространения. На севере России в неоплейстоцене выделено 8 таких эпох. Характерно, что на таких территориях современный аллювий, а иногда и сами ледниковые толщи, нередко со­держат россыпи алмазов, золота, платины, касситерита и целого ряда других полезных ископаемых, которые, как принято считать, могут быть местными, а могли быть принесёны ледником издалека за сотни, а порой и тысячи километров. Выявление коренных источников таких россыпей является крайне сложной задачей.

Разрабатываемая нами дегазационная модель развития оледенений адаптирует под себя все указанные литолого-геоморфологические особенности, но отрицает былое существование на равнинах континентов мощ­ных ледников и возможность их экзарационной деятельности. По этой модели обломочный материал в места своего накопления поступал не по латерали в результате волочения по земной поверхности, а по вертикали снизу в результате выбросов высоконапорными газово-водными фонтанами. Такой механизм близок к грязево­му вулканизму, но отличается от него обилием воды, повышенными газоносностью и динамикой.

Это явление было изучено и описано П.П. Иванчуком как «гидровулканизм» при поисковых работах на нефть в пустынных и полупустынных районах Средней Азии [1, 2]. В монографическом виде оно даёт по­нятие о мощных и слабых проявлениях гидровулканизма и описывает механизм этих процессов. В виде само­стоятельных глав рассматриваются такие особенности как: субвертикальные каналы, сформированные при гидровулканизме (глава 2); линзы гидравлического нагнетания (глава 3); поверхностные следы проявления гидровулканизма (глава 4); гидротермальный карст (глава 5) и т.д. [2]. Автором описан природный амагматиче-ский процесс, способный сформировать рельеф и осадочные толщи, характерные для типичных «ледниковых обстановок». П.П. Иванчук эти природные явления не связал лишь только потому, что работал в южных регио­нах СССР, где тема четвертичных оледенений не актуальна и её проблемы малоизвестны.

Гидровулканизм хорошо вписался в дегазационную гипотезу оледенений, что позволило использовать его при моделировании процессов образования рельефа ледниковых эпох [3, 4] и дать объяснение факту мас­сового накопления ледниковых отложений, в том числе содержащих «экзотику» и полезные ископаемые [4, 5]. Поскольку при описании амагматичных процессов следует избегать использования слова «вулканизм», нами было предложено заменить его на термин blowout (блоуаут, дословно - выброс фонтана) [4, 5].

Для описания процесса напорно-флюидного формирования отложений «ледникового типа» приведём цитату-выборку из работы автора 1967 г.: «в эпохи тектонических активизаций ... в глубоко погруженных песчаных резервуарах создавались огромные пластовые давления. Слоистая толща осадков не выдержива­ла и рвалась, ломалась. Захороненные подземные воды с огромной силой вырывались вверх, в эти разломы. Пластовые воды, попав в раздробленный разломами участок ... сдвигали с места огромные обломки породы, перетирали их и выталкивали вверх.. ..Подземные воды выгоывались по каналу с такой силой и скоростью, что выносили обломки породы весом более тонны.... Воды, первоначально чистые, становились растворами ... наиболее крупные обломки породы и песок выпадали вблизи устья ... воды, несущие взвешенные обломки пород, в виде потока скатывались во впадины ... это были временные потоки, и они не были похожи на совре­менные типичные речные системы» [1, с. 56-57]. К этому следует добавить, что по нашей модели такое «чисто водное» фонтанирование вначале предварялось «сухой» напорной дегазацией с формированием «многолетней мерзлоты», а следом должна была фонтанировать флюидно-каменная смесь (некалиброванная пульпа), иногда превращаемая в ледово-каменные «микрометеориты» за счёт адиабатических процессов ещё при движении в канале. В монографии также отмечается, что слабые проявления гидровулканизма в виде выбросов жидкости с обломками пород из жерлов грязевых сопок в сейсмически активных районах наблюдаются и сейчас. Напри­мер, на о. Сицилия фонтан грязи высотой около 35 м выбрасывал обломки известняков вверх на 55 м.

Блоуаутингом и оплыванием вынесенного материала может быть объяснено образование «морен», а от-тайкой ледово-каменных потоков и содержащих обломочный материал снежных покровов - «камов и озов». «Зандровые поля» формируются в результате плоскостного размыва вынесенного материала напорными во­дными потоками. В местах дегазации за счёт карстования и эрозии приустьевых частей каналов образуются мелкие депрессии, впоследствии замытые либо заболоченные. При мощных проявлениях блоуаутинга непо­средственно над устьями каналов образуются круглые озёра, а вследствие выноса на дневную поверхность из водоносных горизонтов значительных масс терригенного материала происходят просадки территорий с об­разованием замкнутых впадин, часто также интенсивно заозёренных. При слабых проявлениях блоуаутинга формируются серии (группы) «песчаных даек», либо мелких каналов (от первых до 10-20 см в диаметре), заполненных обводнённым глинисто-песчаным материалом, как правило, гидротермально изменённым - оже-лезнённым или выщелоченным до глин, иногда с сульфидной минерализацией. Такие суспензионные растворы обладают тиксотропными свойствами - способностью разжижаться и становиться текучими при механических нагрузках, например, при вибрации и сейсмических толчках. Тиксотропия отмечается и у «типично леднико­вых отложений» [6]. Стенки каналов обычно выполнены оксидами железа и часто имеют вид вертикальных труб, секущих в целом нормально залегающие терригенные породы.

Каналы мощных проявлений блоуаутинга тяготеют к купольным структурам, либо границам тектони­ческих блоков, располагаясь в зонах пересечения разломов близких по кинематике к оперяющим разломам взбросо-сдвигов. Слабые проявления блоуаутинга обычно являются завершающей фазой сильных и насле­дуют их места расположения. В случаях самостоятельного проявления они размещаются вдоль зоны разлома и в современных ландшафтах могут быть выражены цепочками округлых озёр, либо группой углубленных озёровидных расширений в руслах мелких прямолинейных водотоков. В полях развития карбонатных пород существование былых приразломных каналов слабого блоуаутинга может быть отражено в ориентированном расположении карстовых воронок, внутри и вокруг которых породы интенсивно выщелочены (до каолинов, аллитов и бокситов), ожелезнены и окремнены. Наследование водотоками таких зон разломов приводит к раз­мыву заполняющего карст материала, и, при наличии в нём полезного компонента, к формированию аллюви­альных россыпей.

Изложенная принципиальная модель напорно-флюидного формирования «ледниковых отложений» под­разумевает сочетание в пространстве и времени процессов формирования глубинных водно-газовых залежей, создания в них аномально высокого пластового давления и образования проницаемых разломных зон в земной коре. Для четвертичного оледенения такая комбинация обстановок может быть связана с активизацией риф-тогенеза в акватории Северного Ледовитого океана. Спрединг северной ветви Срединно-Атлантического хреб­та создавал тангенциальные напряжения в литосферных блоках на севере Евразии и Северной Америки. В зо­нах тектонического сжатия происходит накопление упругих напряжений, формирующих объёмно-напряжённое состояние среды вблизи предельного уровня её ненарушенного состояния [7]. При добавлении даже незначи­тельных усилий напряжения, которые могут быть вызваны даже пульсирующим подтоком глубинных газов, в земной коре проявляются взбросово-надвиговые деформации, которые по наблюдениям В.Г. Чувардинского [8], обуславливают формирование «курчавых скал» и «бараньих лбов», обычно рассматриваемых как результат ледникового воздействия. Одновременно с этим на дилатансных глубинах (от 1-2 до 8-10 км) происходит суб­горизонтальное растрескивание кристаллических пород [9]. В результате процессов дилатансии возникают трещинные коллекторы, в которые нагнетаются флюиды, и увеличивается объём горной массы, вследствие чего на кристаллических щитах происходят блоковые движения, а в областях развития осадочного чехла фор­мируются купольные поднятия. Под этими структурами в дилатансных трещиноватых зонах располагаются за­лежи с аномально высоким пластовым давлением воды и газов. При разрушении залежей и прорыве флюидов с больших глубин на земную поверхность выносится чуждый для территории «экзотический материал», обычно оцениваемый как «принесённый ледником издалека», иногда за сотни километров.

Специалистами, занимающимися вопросами гидротермокарста, указывается на существование в земной коре трёх планетарных гидродинамических уровней [10]. В верхней части среднего из них располагается зона максимально уплотненных горных пород, являющаяся буфером - регулятором дефлюидизации глубоких гори­зонтов земной коры, и именно под ней возникают сверхвысокие флюидные давления. Ещё ниже, на глубинах до 12-15 км располагается зона литостатических давлений «...с восходящими потоками термальных газово-жидких флюидов эндогенного и метаморфогенного происхождения ... Газоёмкость вод достигает экстремаль­ных значений . Они обогащены специфическими глубинными веществами - углекислотой, гелием, фтором, мышьяком и др.» [10, с. 17]. Таким образом, в верхней части литосферы континентов повсеместно располага­ются зоны концентрирования флюидов под сверхвысокими давлениями. В экологии, геологии, и в процессах формировании углеводородов, в последние годы особое внимание отводится водороду. Его дегазация давно уже выявлена в литосферных зонах глобального растяжения (срединно-океанических хребтах, молодых рифтах), а теперь установлена и в пределах древних платформ [11]. Глубинным сейсмическим зондированием вплоть до ядра прослежены деструктивные зоны, рассматриваемые как пути движения протонированного водорода. Такие «трубы дегазации» выявлены во всех крупных нефтегазоносных провинциях. Водород и углекислота являются элементной базой для синтеза углеводородов и воды, составляющих основной объём флюидной массы литос­феры. Именно поэтому нефтегазоносные территории совпадают в пространстве с областями развития ледни­ковых отложений, на что давно уже обращал внимание академик А.А. Трофимук с коллегами [5]. Массовым источником глубинной воды и углекислоты также являются осадочные породы чехла, особенно благоприятны глинисто-карбонатные отложения, при метаморфизме которых водно-газовый флюид может выделяться в весь­ма значительных объёмах [12].

Таким образом, для массовой реализации процессов блоуаутинга в земной коре существуют все необ­ходимые и достаточные условия. В связи с молодым рифтогенезом высокие широты Северного полушария являются территориями наиболее благоприятными для массового развития этих процессов. И именно здесь происходили климатические драмы последнего ледникового периода.

Следы слабого блоуаутинга наблюдаются на древней Сибирской платформе на удалениях 1-2 тыс. км. от рифтовой зоны. В левом борту в нижнем течении р. Талахтах (правый приток р. Б. Куонамка) была описана «песчаная дайка» рвущая карбонатные отложения протерозоя [13]. В правом берегу р. Тюнг (левый приток р. Вилюй) в обнажении верхнемеловых терригенных пород располагаются «субвертикальные трубы диаметром 10-15 см с толщиной стенок 0,5-3,0 см, образованные вишнёво-бурым и стеклоподобным кроваво-красным гематитом со следами течения .... Трубы заполнены рыгхлым белесым и ржаво-жёлтым косослоистым песчаником, превращённым в маршаллит. По мере осыпания стенок обнажения трубы выступают на дневную поверхность, достигая высоты 1,0-1,7 м, а затем обламываются, и падают к его основанию» [14, с. 157]. Обе реки содержат россыпи алмазов (на Талахтахе промышленную), коренные источники который до сих пор не выявлены.

Для поисковой геологии большие сложности создаёт конвергентность осадочных пород. Подобными опи­санным выше могут быть и флюидизатные эксплозии, разделяемые на существенно газовые и гидротермально-грязевые [15]. Первые характеризуются преобладанием во флюиде газовой составляющей, что сказывается на вы­сокой степени окатанности обломочного материала. Вторые представляют собой эксплозивно-гидротермальные грязевые инъекции, в которых интенсивная обводнённость основной массы формирует грязевую пасту, отчасти предохраняющую ксеногенный материал от истирания и окатывания при переносе.

Предлагаемая нами модель формирования «ледниковых отложений» в результате напорной флюидной дегазации даёт геологическое объяснение существующим проблемам ледникового осадконакопления. Она лег­ко модифицируется в методики поисков первоисточников полезных ископаемых «ледниковых россыпей».

Литература

1. Иванчук П.П. Гидровулканизм // Природа. - 1967. - № 7. - С. 49-57.

2. Иванчук П.П. Гидровулканизм в осадочном чехле земной коры. - М.: Недра, 1994. - 158 с.

3. Епифанов В.А. Региональные деформации рельефа в «драконических» пульсациях Земли // Теория гео­морфологии и её приложение в региональных и глобальных исследованиях: Материалы Иркутского геоморфо­логического семинара. - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2010. - С. 88-89.

4. Епифанов В.А. Дегазационно-водная гипотеза образования ледниковых отложений и ландшафтов // Де­газация Земли: геотектоника, геодинамика, геофлюиды; нефть и газ; углеводороды и жизнь - Материалы Все­российской конференции с междунар. участием. - М.: ГЕОС, 2010. - С. 163-166.

5. Епифанов В.А. «Blowout fiuid>> как возможная причина формирования алмазоносных россыпей // Рос­сыпи и месторождения кор выветривания: современные проблемы исследования и освоения - Материалы XIV междунар. совещания. - Новосибирск: изд-во ООО «Апельсин», 2010. - С. 234-239.

6. Похиленко Н.П., Афанасьев В.П., Вавилов М.А. Поведение индикаторных минералов кимберлитов при формировании механических ореолов рассеяния в ледниковых обстановках // Литология и полезные ископае­мые. - 2010. - № 4. - С. 363-369.

7. Гуфельд И.Л. Дегазация Земли и сейсмичность // Земля и Вселенная. - 2007. - № 2. - С. 25-32.

8. Чувардинский В.Г. Букварь неотектоники. Новый взгляд на ледниковый период. - Апатиты: Изд-во Коль­ского НЦ РАН, 2006. - 85 с.

9. Жамалетдинов А.А. О флюидной природе промежуточный проводящих слоёв в земной коре по результатам электромагнитных зондирований и каротажа сверхглубоких скважин // Физика Земли. - 2011. - № 2. - С. 53-63.

10. Ежов Ю.А., Лысенин Г.П., Андрейчук В.Н., Дублянский Ю.В. Карст в земной коре: распространение и основные типы - Новосибирск: ОИГГиМ СО РАН, 1992. - 76 с.

11. Ларин Н.В., Ларин В.Н., Горбатиков А.В. Кольцевые структуры, обусловленные глубинными потоками водорода // Дегазация Земли: геотектоника, геодинамика, геофлюиды; нефть и газ; углеводороды и жизнь - Ма­териалы Всероссийской конференции с междунар. участием. - М.:ГЕОС, 2010. - С. 284-288.

12. Сидоренко А.В., Розен О.М., Теняков В.А. и др. Метаморфизм осадочных толщ и «углекислое дыха­ние» земной коры // Советская геология. - 1973. - № 5. - С. 3-11.

13. Уханов А.В. Песчаниковые дайки в синийских доломитах на р. Талахтах (Анабарский район). // Инфор­мационный бюллетень Института геологии Арктики. - Л., 1960. - Вып. 18. - С. 21-23.

14. Черкасов Г.Н. Следы послетриасового вулканизма на Сибирской платформе // Геология и геофизика. -1979. - № 4. - С. 154-159.

15. Иванкин П.Ф. Внутрикоровые (скрытые) магматические эксплозии и рудогенез // Рудоносные брекчии и их поисковое значение. - Алма-Ата, 1977. - С. 3-11.