Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №16. 740. 11. 0068 от 01 сентября 2010 г. Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им.
Скачать 1.23 Mb.
|
| от Эльбруса сосредоточено свыше 100 минеральных источников. Большинство из них имеют температуру воды, значительно превышающую температуру нейтрального слоя, т. е. являются термальными. К ним относятся, прежде всего, широко известные теплые источники Джилы-Су, Малкинский и Битюк-Тюбинский. Температура воды в них, несмотря на примешивание ледниковых вод, 23° и 18°. Источники расположены у самого подножия Эльбруса, и возможность участия магматического тепла, впервые высказанная Абихом [1853] и А. П. Герасимовым, здесь наибольшая. Нами было также подмечено, что между температурой углекислых вод и их удаленностью от Эльбруса в пределах 25 км наблюдается четкая прямая зависимость. Поскольку все замеры температур производились в естественных условиях выхода углекислых вод, совершенно не учитывалось охлаждающее влияние поверхностных вод, главным образом талых ледниковых. Охлаждение углекислых вод поверхностными является лишь одним из реально существующих факторов, легче всего поддающихся учету. Для расчетов «истинной» температуры минеральной воды нами была использована видоизмененная формула смешения вод А. Н, Огильви: у=ах+в. В развернутой форме для отыскания температур смешивающихся вод уравнение примет вид:   (1)где tc - температура смеси, °С;t0 - температура минеральной составляющей до смешения, °С; ti - температура пресной составляющей, °С; Мс - минерализация смеси, г/л; М0 - минерализация углекислой воды до смешения, г/л; mi - минерализация пресной составляющей, г/л. Из уравнения (1) получаем:  (2)Температура и минерализация поверхностных вод Приэльбрусья в среднем составляют 5° (летом) и 0,2 г/л. Зимой температура поверхностных вод около 0°. Минерализация и температура смеси, т. е. естественного выхода углекислой воды, нам известны. Минерализацию углекислой воды до разбавления можно вычислить по формуле М0 = МС-К,, где К~ кратность разбавления. При этом допускается, что состав поверхностных вод существенно гидрокарбонатно-кальциевый. Кратность разбавления вычисляется по методу, предложенному С. И. Пахомовым. В основу его положены следующие соображения. Взаимодействие углекислой воды с различными породами, кристаллическими или осадочными, приводит к образованию растворов, насыщенных карбонатом кальция. Это подтверждается опытом по выщелачиванию пород в автоклаве с водой в присутствии углекислоты при различной температуре (от 20 до 200°); парциальное давление углекислого газа составляло от 0,05 до 150 атм. Измельченная до размера частиц меньше 1 мм порода смешивалась с углекислой водой во вращающемся автоклаве в течение 8, 16, 24 часов. Степень насыщенности полученных растворов карбонатом кальция определялась по известным формулам карбонатного равновесия. В большинстве случаев насыщение наступало через 8 часов. Установление равновесия между раствором и основными породами (диабаз) происходило несколько медленнее, но и в этих случаях произведение активности иона карбоната кальция приближалось к произведению растворимости его через 16-20 часов. Все эти данные свидетельствуют о том, что природные углекислые воды должны достаточно быстро насыщаться карбонатом кальция. Ненасыщенность их может быть признаком разбавления этих вод пресными в близповерхностных условиях. Пользуясь математическим выражением второй константы диссоциации угольной кислоты, можно рассчитать изменение произведения активности ионов карбоната кальция в растворе (SСаСОз) в зависимости от разбавления углекислой минеральной водой (для ионной силы, равной 0,1) (таблица 2). Интерполируя эти данные для величин произведений активности ионов карбоната кальция, соответствующих природным углекислым водам, можно судить о степени их разбавления пресными. При этом необходимо учитывать, что вследствие достаточно высокой ионной силы растворов такие расчеты являются приближенными. Разбавленные воды продолжают взаимодействовать с породами, постепенно приближаясь к равновесному состоянию. Поэтому определенная таким образом величина характеризует минимально возможную степень разбавления, и в большинстве случаев она ниже действительной. На основе предложенного метода нами вычислены приведенные значения Мо Clo и tо для ряда углекислых источников Приэльбрусья. Большинство их разбавлено поверхностными водами в 2-20 раз, и приведенные температуры существенно отличаются от температур естественных выходов. Таблица 2 - Изменение произведения активности ионов карбоната кальция в растворе (SСаСОз) в зависимости от разбавления углекислой минеральной водой.
Так, температура источника Уллу-Камского (№12) до разбавления должна быть 32°С, Джилы-Су Хурзукского (№16)-37°С, Джилы-Су Малкинского (№72)-29°С.Максимальные значения приведенных температур соответствуют температурам источников, расположенных в бассейне р. Баксан: Терскольского (№122)-103°С и Ирикского (№168)-52°С. При построении графика зависимости приведенных температур от расстояния до Эльбруса наиболее четко она выразилась для групп Битюктюбинских и Баксанских источников (рисунок 6). Зависимость, как видно на графике, прямая, причем, по характеру кривых можно предполагать разные геотермические условия в северо-западном (Битюк-Тюбе) и юго-восточном Приэльбрусье (Баксан). Таким образом, общая тенденция, установленная Ю. П. Масуренковым [1961], с учетом охлаждения минеральных вод пресными, стала еще более очевидной. Подавляющее большинство углекислых источников Приэльбрусья приурочено к гранитоидам Главного хребта, и роль осадочного комплекса сведена до минимума. Однако эти источники сильно обогащены хлором и по составу являются либо гидрокарбонатно-хлоридно-натриевыми, либо близкими к ним. Ежесуточно углекислыми источниками выносится от 3 до 75500г хлора. Наибольшее количество хлора выносится источниками Баксан-Баши и Джилы-Су Малкинский. Такое огромное количество воднорастворимого хлора не может возникнуть только вследствие выщелачивания вмещающих пород, и без того обедненных хлором. В больших количествах хлор, очевидно, генерируется Эльбрусским вулканическим очагом. Однако распределение его вокруг остывающего очага подчиняется закономерностям, более сложным, чем распределение температур (рисунок 7). На графике видно, что - в пределах первых 12-13 км от Эльбруса хлор распределяется аналогично температурам, т. е. происходит общее снижение его количества при удалении от очага. Но затем содержание хлора снова возрастает, не достигая, однако, первого максимума. Этот второй максимум соответствует источникам, расположенным в 17-18 км от Эльбруса. Далее снова наблюдается снижение концентраций хлора. Такой сложный характер распределения частично можно объяснить особым видом зональности подземных вод в районах активного вулканизма, при котором воды наиболее глубокой циркуляции разгружаются вдали от вулканической постройки, в самых пониженных участках рельефа. Помимо хлора, эти воды выносят из околоочаговых глубин ряд других магматических эманации: щелочи, мышьяк, аммоний и углекислоту. Последние этапы развития вулкана Эльбрус характеризуются крайне неустойчивым тектоно-магматическим режимом. Близкие во времени и сходные по составу излияния свидетельствуют о том, что нормальный ход магматической дифференциации прерывался частыми извержениями, в промежутках между которыми магматический расплав не успевал в сколько-нибудь значительной степени дифференцироваться. Это обстоятельство резко отличает Эльбрусский район от Верхне-Чегемского. Известно, что развитие вулканизма в Верхне-Чегемском районе остановилось на незначительных излияниях андезитов после извержения огромной массы (около 200 км3) кислого материала. Как нами было ранее показано [15,16], такие большие объемы кислой магмы могли возникнуть только в результате плавления существенно сиалического субстрата, т. е. в пределах верхних участков земной коры. Действительно, только наличием магматического очага на глубине нескольких километров можно объяснить возникновение вулканической депрессии Джунгу глубиной до 1500 м. Она возникла путем обрушения кровли магматической камеры, вероятно, под тяжестью извергнутого из нее магматического материала. Этим в основном и завершился вулканизм в Верхне-Чегемском районе. Совершенно иная картина наблюдается в Эльбрусском вулканическом районе. Здесь тоже было выброшено на поверхность значительное количество кислого материала, возникновение которого может быть связано только с плавлением гранитной оболочки. Однако при извержении депрессия или кальдера не возникла, по крайней мере, в тех же масштабах, как в Верхне-Чегемском районе. По существующим представлениям [17] уже в голоцене Эльбрус изверг большое количество лавового и пирокластического материала, покрывающего площадь около 40 км2 слоем мощностью от десятков до сотен метров. Это свидетельствует о том, что всего несколько тысяч лет назад магматический очаг находился в весьма активной стадии. Совершенно очевидно, что за прошедшее время он не мог прийти к физико-химическому равновесию с окружающей средой и продолжает существовать в виде возмущающего аномального тела под вулканом. Геолого-петрографические данные позволяют сделать некоторые предположения о размерах магматического очага. Так, за все время вулканической деятельности в районе Эльбруса на поверхность было выброшено приблизительно около 200 км3 магматического материала. Как нами уже было показано, это в среднем несколько более кислые продукты дифференциации расплава, возникшего за счет пород фундамента. По-видимому, они должны «уравновешиваться» примерно таким же количеством расплава комплементарного состава.  10 15 20 25 км Рисунок 8 - Зависимость температуры и содержания хлора в углекислых источниках от их расстояния от Эльбруса: 1 - Баксан; 2 - Битюк-Тюбе. Следовательно, магматический очаг, располагающийся среди гранитов, должен занимать объем не менее 400 км3. Если даже предположить, что он имеет форму цилиндра длиною примерно 20 км (мощность гранитного слоя, по М.В. Авдулову [1962] и диаметром 5 км, то температура его со времени последних извержений едва ли могла снизиться вдвое на глубине 5 км от поверхности. Согласно данным Е.А. Любимовой [18], такое снижение температуры достигается через несколько сотен лет для цилиндрического тела диаметром всего 100-500 м и длиной несколько десятков километров, помещенного в среду с более низкой температурой, имеющую теплопроводность 6-10-3 c.g.s. Учитывая, что реальный магматический очаг Эльбруса, по-видимому, отличается по своей форме от принятой, что он значительно больше и существует, по крайней мере, 1 млн. лет, в результате чего окружающие породы оказались в значительной мере прогретыми, можно предположить, что температура в его центре и на глубине 5 км выше половины первоначальной. Если принять температуру магматического расплава андезитового состава за 1100-1200°, то можно ожидать, что в магматическом очаге Эльбруса сохранились температуры, превышающие 550-600°. Относительно вероятной глубины магматического очага очень интересные данные содержатся в работе М.В. Авдулова [19]. Подошва гранитного слоя, по его данным, для этого участка Кавказа залегает на глубине 18 км, следовательно, магматический очаг должен располагаться на меньших глубинах. Действительно, в районе Эльбруса им выявлена интенсивная отрицательная аномалия силы тяжести. Верхняя граница возмущающего тела расположена ниже основания вулканического конуса внутри гранитного слоя на глубине 0-2 км выше уровня моря. Основание тела уходит внутрь фундамента, по крайней мере, до глубины 9 км. М. В. Авдулов делает вывод о наличии внутри этого очага диоритового материала, обильно (до 3,6% по весу) насыщенного водяными парами при температуре выше критической. Таким образом, геофизические данные, какова бы ни была их трактовка в деталях, полностью согласуются с произведенным геолого-петрографическим анализом. Объяснение аномалии существованием под вулканическим конусом гигантских масс (600 км3) пирокластического материала не согласуется ни с геологическими данными, ни с геофизическими расчетами. Изложенные соображения о размерах и состоянии в настоящее время магматического очага под Эльбрусом объясняют закономерности зонального распределения различных типов минеральных вод вокруг вулкана. Их высокая температура наиболее наглядно отражает термические условия близ центра вулканизма. Поправки, внесенные на поверхностное разбавление, выявили неоднородность термального поля, связанную с геолого-структурной анизотропностью фундамента. По-видимому, наиболее высокие термические градиенты следует ожидать вдоль продольных разломов, уходящих под цоколь вулкана в долине Баксана и Битюк-Тюбе. Распределение хлоридов в углекислых минеральных водах вокруг вулкана подчинено сложной закономерности и характеризуется наличием двух максимумов: в непосредственной близости от вулкана и на некотором удалении от него. Первый максимум связывается нами с размывом локального жерлового языка, вдоль которого на относительно высокий уровень подтянута из очага высокотемпературная хлоридная зона летучих. Второй максимум объясняется, по-видимому, выходом на поверхность в некотором отдалении от вулкана вод более глубокой циркуляции, вторгающихся в околоочаговые зоны и выносящих оттуда в повышенном количестве не только хлор, но и другие магматические компоненты. Следует подчеркнуть, что максимумы в содержании хлора невозможно связать с влиянием остаточных морских вод, так как осадочные отложения в течение многих миллионов лет совершенно отсутствуют в области первого максимума. Отсутствие сульфатных вод вокруг Эльбруса объясняется тем, что, во-первых, сернистая зона расположена ниже зоны окисления и сера образует, видимо, нерастворимые сульфиды, во-вторых, даже попадая в зону окисления, сульфаты выпадают из растворов в виде гипса, алунита и ярозита. Исследования последних лет показали, что Эльбрус не является окончательно потухшим вулканом и продолжает генерировать тепло в настоящее время. Тепловое состояние вулкана четко сказывается на расстоянии 10-15 км от кратера резким повышением температуры минеральных вод и наличием термальных площадок среди ледников восточного конуса на высоте 5400-5500 м. В связи с этим представляет большой интерес предварительная оценка вероятной плотности теплового потока глубины выделяющего тепло очага на основании косвенных данных, так как непосредственные измерения этих величин еще не производились. Применяемый в настоящей работе способ оценки плотности эндогенного теплового потока основан на вычислении разности количества тепла, израсходованного на таяние Эльбрусских ледников, и полученного от солнца (радиационный баланс). В качестве контрольных расчетов использовалась оценка количества тепла, полученная как разность между теплом, расходуемым на таяние Эльбрусских и других ледников Центрального Кавказа. Плотность эндогенного теплового потока рассчитывалась по формуле: | ||||||||||||
Похожие:
 | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта № П371 от 07... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П1676 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта № П782 от 24... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П710 от 12... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № п 716 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П1084 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П869 от 18... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Отчет о выполнении 4 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... О выполнении 4 этапа Государственного контракта №14. 740. 11. 1071 от 24. 05. 2011 г | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... «Московский государственный университет экономики, статистики и информатики (мэси)» |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №16. 740. 11.... Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013... |  | Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта №05. 043.... Исполнитель (Поставщик): Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... |
| Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта №05. 043.... Исполнитель (Поставщик): Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... | | Отчет о проделанной работе Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении работ по шестому этапу государственного контракта... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
