2.3 Создание карты магнитного поля Эльбрусского вулканического центра
На втором этапе данной работы, по изучению магнитного поля в районе Эльбрусского вулканического центра на предмет выявления геомагнитных аномалий, нами были предприняты экспедиционные работы по определению модуля вектора магнитного поля. Для уточнения возможностей Верхнекубанского полигона по проведению магнитометрических измерений была проведена магнитная съемка местности расположения магнитовриационной станции. В результате была составлена карта магнитного поля этого района (рисунок 13).
Рисунок 13 - Карта магнитного поля в районе расположения МВС на Верхнекубанском полигоне.
МВС расположена в левом нижнем углу здесь малый градиент поля сочетается с удобством подключения к измерительной аппаратуре.
Получена также 3D-модель магнитного поля для данной исследованной местности.
Рисунок 14 - ЗD – модель магнитного поля.
Особый интерес также представляет изучение магнитного поля в районе вулканических образований. Однако проведение полномасштабных работ в районе вулкана Эльбрус проводить не удалось из-за введенного в регионе контртеррористических мероприятий. Поэтому центром наших исследований стали лакколиты кавказских минеральных вод, которые, по сути, являются несостоявшимися вулканами.
Лакколит - интрузивный массив, имеющий в разрезе грибообразную или куполообразную форму кровли и относительно плоскую подошву. Они образуются вязкими магмами, как правило, кислого состава, поступающими либо по дайкообразным подводящим каналам снизу, и, распространяясь по слоистости, приподнимают вмещающие вышележащие породы, не нарушая их слоистости.
Лакколиты встречаются поодиночке, либо группами. Размеры лакколитов сравнительно небольшие - от сотен метров до нескольких километров в диаметре.
Особую разновидность лакколитов являются бисмалиты, представляющие собой позднюю стадию формирования лакколита. В тех случаях, когда давление вязкой (кремнекислотной) магмы превышает вес вышележащих слоев, в кровле лакколита может появится система трещин, куда внедряется магма с образованием секущего цилиндрического тела. Бисмалиты могут достигать поверхности Земли или оканчиваться в толще осадочных пород, приподнимая их в виде купола.
Вулканы Кавказских Минеральных Вод начали образовываться где-то 10 миллионов лет назад, а закончили свою деятельность 3 - 4 миллиона лет тому назад. Образовался «архипелаг скалистых островов» из 17 гор-лакколитов в центральной части Северного-Кавказа – лакколиты Кавказских Минеральных Вод.
Считалось, что вязкая магма только приподняла осадочные породы, но на поверхность земли не вышла. Последующие исследования показали, что на некоторых из них, таких как Бештау, Бык, Развалка, Железная, магма выходила в виде густой, сразу застывающей лавы и закупоривала жерло. Скопившиеся газы с гулом прорывали породы.
В течение довольно длительного времени внедрение магмы было неоднократным, при этом образовывался слоистые структуры из осадочных и вулканических пород. Также имели место процессы размыва и выветривания, горы разрушались и даже скрытые магматические ядра вулканов вышли на поверхность земли. Многочисленные землетрясения довершали разрушения. Появлялись каменные осыпи, многочисленные «зеркала» скольжения по тектоническим сбросам.
Из лакколитов КМВ самая высока - гора Бештау. Высота составляет порядка 1401 метров над уровнем моря. Гора имеет пять вершин, отсюда и ее название (от тюрк. «беш» - пять и «тау» - гора) (рисунок 13). А к северо-западу от нее расположена гора Машук (993), к северу - гора Железная (851), отличающаяся правильной конической формой. Вокруг есть горы: Верблюд (886), Развалка (928), Острая (881), Тупая (772), Бык (817), Лысая (739), Шелудивая (875). Гора Кинжал имела раньше острый вершинный гребень и поднималась до 507 м, но при разработке камня верхняя часть горы была срезана. Кроме того, здесь располагаются Змейка (994), Юца (972), Джуца (1189), Золотой Курган (884), Кокуртлы (406), Медовая (721).
Рисунок 15 - Лакколиты Кавказских минеральных вод.
Такая сближенность расположения лакколитов приводит к резкому контрасту рельефа центральной группы: с окружающей монотонной предгорной равниной, отметки которой не превышают 500- 450 м (рисунок 16).
Рисунок 16 - Вид на северо-восточный склон г. Бештау [13].
Для строения лакколитов Бештаугорья характерно наличие двух резко выраженных частей [13]: нижней, или пьедестальной, сложенной мягкими глинистыми мергелями и глинами палеогена, и верхней части, отличающейся от пьедестальной своей крутизной и сложенной в основном изверженными породами и комплексом меловых толщ.
Вторая особенность - растеррасированность нижней части склона, точнее, характерное изменение крутизны, морфологически обусловливающее ступенчатое строение, завуалированное мощным делювиальным шлейфом. Эта особенность отчетливо выражена в строении центрального в этой группе лакколита Бештау.
В рельефе склонов Бештау резко выделяется нижняя, или пьедестальная, и верхняя части. Для верхней части характерны крутизна склонов, значительный эрозионный срез и отпрепарированность отдельных литологических комплексов.
Поэтому верхняя часть сложена, в основном, интрузивными породами (вторичная интрузия - собственно Большой Бештау) и осадочными породами верхнего и нижнего мела в сохранившемся ореоле первичной интрузии. В верхней части Бештау можно наметить три неясно выраженных высотных ступени.
Первая - Главный, или Большой, Бештау - центральная вершина, достигающая 1401.9 м и представляющая почти правильную четырехгранную пирамиду. Вторая ступень - примерно одновысотные вершины второго порядка: Малый Бештау (1253.4 м), Скала (1224.5 м) и значительно разрушенное ядро первичной интрузии - Козьи скалы (1164.5 м). Эти три вершины соединены с главным Бештау узкими седловинами и расположены в виде треугольника, что влечет и треугольную конфигурацию поперечного сечения этого сложного лакколита.
Третью высотную ступень образует ряд вершин, расположенных ниже и в промежутках между описанными выше: Лохматый Курган (1078 м ), холм Промежуточный (1049.5 м ), курган Крестовый ( 1073 м ), Два Брата (1060 м ) и отдельные вершины ниже Козьих скал с отметками 1080 и 1060 м и др. Следует отметить, что высоты остальных лакколитов центральной группы в общем близки и расположены в интервале от 1000 до 850 м. Граница между верхней и пьедестальной частью Бештау хорошо маркируется кольцевой дорогой, которая расположена на отметках 800 - 900 м. Здесь также намечается ряд одновысотных вершин - холмов, из которых специальное название имеет только гора Гроб (900 м), вследствие своей оригинальной формы. Пьедестальная часть сложена преимущественно майкопской толщей сланцеватых глин и покрыта горным шлейфом, достигающим в основании горы мощности более 10 м.
Она расположена в пределах высот 300- 450 м. В этом промежутке склон горы представляет несколько крупных ступеней. Мягкость пород, слагающих пьедестальную часть, наличие оползневых массивов, каменных осыпей и значительная расчлененность склона множеством горных ручьев и речек, берущих начало в вершине горы, - все это обусловливает развитие различных форм второго порядка, осложняющих рельеф и затемняющих основной характер склона. Однако это строение достаточно четко выявляется при рассмотрении ряда радиально проведенных профилей, секущих пьедестальную часть лакколита. Для изучения локального геомагнитного поля в районе лакколита Бештау была организована научно-исследовательская экспедиция. Полевую, пешеходную магнитную съемку проводили с помощью портативного магнитометра типа ММП-3 (рисунок 17).
Рисунок 17 - Комплект аппаратуры для изучения геомагнитного поля.
1 – приемник магнитного поля, 2 – протоносодержащий датчик,
3 – узел питания, 4 - GPS, 5 – соединительный кабель.
Принцип действия протонного магнитометра основан на явлении свободной прецессии протонов в земном магнитном поле.
После определенного электромагнитного воздействия на протонсодержащий датчик протоны прецессируют вокруг направления земного магнитного поля с угловой скоростью ω, пропорциональной полной напряженности магнитного поля Земли
Т: ω = aT, (1)
где a - коэффициент пропорциональности, который равен гиромагнитному отношению ядра (отношению магнитного момента ядра к механическому).
Протонный магнитометр состоит из магниточувствительного блока или датчика (протонсодержащий сосуд с водой, спиртом, бензолом и т. п.), вокруг которого намотаны возбуждающая и измерительная катушки); соединительных проводов; электронного блока (предусилитель, схема коммутации, умножитель частоты, частотомер и световой индикатор); регистрирующего устройства и блока питания.
Рабочий цикл, т. е. время определения значений магнитного поля в каждой точке, складывается из времени поляризации датчика (для воды оно составляет 3-8 с), времени переключения датчика и времени определения частоты сигнала, наведенного в катушке датчика (0,1-0,4 с).
В зависимости от протонсодержащего вещества и точности определения частоты прецессии рабочий цикл составляет 1-10с.
С помощью протонного магнитометра дискретно (1 раз в 1-10 с) измеряют абсолютное значение магнитной индукции геомагнитного поля с погрешностью ± 1 - 2 нТл при низкой чувствительности (±45°) к ориентации датчика по магнитному меридиану, независимости от температуры и времени (отсутствует смещение нуля).
Рисунок 18 - Карта маршрута прохождения профиля. Структура рельефа получена в Genericс Mapping Tools с шагом в 20метров. Точки – точки на профиле.
Для изучения геомагнитного поля горы Бештау проложили магнитный профиль по кольцевой дороге общей протяженностью 6100 метров от точки А до точки В (рисунок 15).
Опрос делали с шагом 100 метров. В результате получили ряд значений модуля вектора магнитного поля, привязанных к определённым координатам на данный момент времени. Измерения проводилось 20 мая с 10:46 по 14:07. В это время магнитное поле было спокойным и суточной вариацией в первом приближении можно пренебречь.
По данным магнитных измерений построена карта магнитного поля в районе горы Бештау (рисунок 19). В южной части горы Бештау наблюдается небольшая аномалия в магнитном поле. Само наличие аномалии в южной части лакколита представляет собой интерес для изучения нижней подземной его части. Дальнейшие исследования требуют более детального измерения по всей территории, а не только по кольцевой дороге.
Рисунок 19 - Карта магнитного поля в районе горы Бештау.
Рисунок 20 - Карта магнитного поля горы Бештау.
Возможно, наличие этой аномалии связано с работами проводимыми на руднике № 1, который был образован в результате слияния в 1952 году двух рудников - Восточного и Западного, начавших добычу урана в августе 1950 года, через год после приказа Совета Министерства СССР. Уже через несколько месяцев рядом с железнодорожной станцией «Лермонтовский разъезд» вырос рабочий «Поселок № 1». В нем получили прописку не только шахтеры, но строители и многие другие специалисты, которые вели разработку рудников и возводили гидрометаллургический завод. Одно время он назывался «Талиум», так как в одной из штолен был талий [14].
Добытую руду отвозили на гидрометаллургический завод «Алмаз», где происходила ее первичная переработка, а позже везли в Шевченко (сейчас Актау, Казахстан) для вторичный обработки. После чего руда шла в Челябинск и Томск-7 на обогащение. Рудник проработал до 1975 года. После чего был законсервирован. Штольни закрывались, отвалы облагораживались. Рекультивация шла полным ходом до 1986 года. Существует две основных причины, почему закрылся Рудник № 1. Высокая аварийность и выработка всей руды. Точных данных нет. Так же бытует мнение, что рудник был закрыт из-за экономической нецелесообразности.
Заброшенные металлические конструкции могут создавать обнаруженную магнитную аномалию, однако не исключён факт природной аномалии, которая представляет интерес в плане изучения строения и динамики формирования лакколитов. Дальнейшее исследование будет лежать в изучении доступных нам материалов по руднику №1, чтобы исключить рукотворное создание этой аномалии и проведение детальной магнитной съемки в районе горы Бештау.
|
