Выходы термальных источников - одно из проявлений геотермальной активности, которая характеризуют геодинамическую обстановку в изучаемом блоке земной коры. Размещение и специфика состава этих источников отражают региональные особенности его геологического строения и развития.

«В полярных областях со средней годовой температурой в 0°С воду, имеющую температуру хотя бы в 1°С, следует уже обозначить как «теплую» или «термальную»...» [Кейльгак, 1935]. При ее разгрузке на поверхность Земли происходит адвективный вынос глубинного тепла, дополняющий фоновые кондуктивные теплопотери. Поэтому на Чукотке все источники, разгружающиеся круглогодично, относятся к термальным.

На Чукотском полуострове исследованы газы 23 групп таких источников с температурой от 2° до 97°С и минерализацией от 1,47 до 37,14 г/л. Целью исследований было выяснение региональной специфики изотопного состава газов и поиск в них следов дегазации мантии, появляющихся во флюидах коры при ее формировании и повторной активизации. Для этого в газах определялись содержания СО₂, СН₄, N₂, O₂, Н₂, Не и Ar, а также изотопные характеристики ³Hе/⁴Не, ⁴⁰Ar/³⁶Ar, ³⁸Ar/³⁶Ar, ⁴Не/²⁰Nе, δ¹³С (СО₂), δ¹³С (СН₄) и δ¹⁵N. Положение опробованных источников показано на рисунке.

На Чукотском полуострове выделяют несколько фаз фанерозойской тектономагматической (термальной) активизации. Самым древним ее проявлением считают метаморфизм зеленосланцевой и амфиболитовой фаций, в интервале 430-262 млн. л.н. затронувший местами породы чехла дорифейского Восточно-Чукотского массива [Владимирцева и др., 2001]. Следующая, пермо-триасовая фаза выразилась в рассечении массива Колючинско-Мечигменским прогибом, который заполнен терригенными породами, инъецированными габброидами [Владимирцева и др., 2001; Жуланова, 1990], и считается некоторыми исследователями «рифтовой зоной» [Белый, 1995]. В мезозое произошла гранитизация гнейсовых куполов дорифейского фундамента [Жуланова, 1990], а в конце его возник наложенный Охотско-Чукотский вулканоплутонический пояс кислых и средних вулканитов и комагматичных им интрузий [Белый, 1977], отчасти замаскировавший прежний структурный план территории. Последняя фаза - позднекайнозойская - отразилась в базальтовом вулканизме, который в неоген-четвертичное время спорадически проявился на всем Северо-Востоке Азии [Кораго и Евдокимов, 1999]. Из его проявлений на Чукотском полуострове наиболее изучены Энмеленские вулканы на его юго-западе, действовавшие с 3,9 до 10,7 млн. л.н. [Акинин и Апт, 1994]. В других местах полуострова Ю.А. Борзаковским, Ю.В. Крюковым, И.А. Никитиным, С.Г. Романовой и др. при геологических съемках 1:200 000 масштаба отмечены потоки и дайки базальтов, лишенные радиометрических датировок. Большинство этих проявлений тяготеет к неотектонической Колючинско-Мечигменской депрессии, наложенной на одноименный пермо-триасовый прогиб и заполненной неоген-четвертичными отложениями мощностью до 130 м [Владимирцева и др., 2001]. Косвенные признаки новейшей термальной активности наблюдаются и северо-восточнее Колючинско-Мечигменской зоны (КМЗ), на Уэленском массиве - это встреченные в низовьях р. Утавээм кирпично-красные травертины, представляющие собой отложения углекислых минеральных источников [Борзаковский и Романова, 1968].

Колючинско-Мечигменская зона отвечает утоненной континентальной коре [Тектоника…, 1980]. Она считается зоной «повышенной плотности» [Владимирцева и др., 2001], вдоль которой, однако, выявлены не только повышение плотности коры (на глубине 20 км ), но и ее понижение (на глубине 40 км ) [Ващилов и др., 1997]. Это зона высокой сейсмичности, где в XX веке произошло более 100 землетрясений, из них шесть с магнитудами 5,0-6,9 [Имаев и др., 2000]. В нижнем-среднем плейстоцене вдоль северо-восточного борта Р-Т прогиба (в «Игельвеемско-Лоринской шовной зоне») происходили вертикальные движения, продолжающиеся и сегодня [Владимирцева и др., 2001].

Проведенные исследования выявили изотопно-геохимическую специфику термальных флюидов в разных районах полуострова.

В изотопном составе гелия везде видна примесь мантийного компонента - от 1,5 до 14% [Не] с максимумом в газах КМЗ. На юго-западе полуострова в семи группах источников среднее значение ³Не/⁴Не = 35·10^-8, тогда как в 8 группах КМЗ (в 15 пробах) оно намного выше (60·10^-8). Первое значение статистически отлично от второго и согласуется с типичным для зон позднемелового магматизма [Поляк, 1988; Поляк и др., 1991 и др.] В КМЗ максимальные значения ³Не/⁴Не (~170·10^-8) достигают в районах N-Q вулканизма. В газах северо-востока полуострова среднее значение ³Не/⁴Не то же, что и в КМЗ; в источниках левобережья Колючинской губы такое же, как на юго-западе, а близ лагуны Нэшкан - промежуточное. Газы КМЗ аномальны и по другим характеристиками.

Во-первых, в них много углекислоты - от 25 до 95 % об., тогда как за ее пределами менее 10 % об. (остальное - N₂ с следами СН₄, ощутимыми лишь в источнике Нэшкан - 7.8 % об.). Во-вторых, эта углекислота изотопно тяжелее - δ¹³С(СО₂)> -10 ‰, - чем в других районах полуострова, где она обычно присутствует лишь в виде примеси в азотных газах. В-третьих, примесный азот в газах КМЗ в 5 из 7 групп источников, а также в газах из окрестностей лагуны Нэшкан и Колючинской губы изотопно тяжелее (δ¹⁵N = 1,6-4,5 ‰), чем на юго-западе и северо-востоке полуострова (δ¹⁵N = 0,09-0,92 ‰), где N₂ доминирует в газовой фазе. Последний по соотношению с воздушным аргоном оказывается чисто атмогенным, поставляемым в подземные флюиды инфильтрационными водами. Напротив, в углекислых газах КМЗ изотопно-тяжелый примесный азот является избыточным относительно атмосферного компонента, т.е. имеющим глубинный источник. Наконец, на фоне некоторого обогащения чукотских газов радиогенным аргоном именно в КМЗ оно оказалось максимальным в двух источниках с наибольшей примесью гелия мантии.

Все особенности газов КМЗ отражают подъем в ее центре мантийного расплава, поставляющего в кору He_мант и вызывающего ее термометаморфизм, который продуцирует изотопно-тяжелые СО₂ и N₂ и облегчает потерю породами радиогенного Ar. Аномальный приток глубинного тепла интенсифицирует деградацию мерзлоты, отражающуюся в резком обеднении местных подземных вод тяжелыми D и ¹⁸О [Поляк и др., 2008]. Возникновение инъецированного габброидами Колючинско-Мечигменского прогиба в конце палеозоя - начале мезозоя и повторная активизация зоны прогиба в неоген-четвертичное время с возобновлением базитового магматизма кажутся отражением долговременной неоднородности в геодинамическом режиме Восточной Чукотки.

Благодарности. Исследования велись при поддержке РФФИ (проекты №№ 03-05-64869а, 04-05-79087к и 06-05-64647а) и Программы № 5 ОНЗ РАН «Геофизика межгеосферных взаимодействий». Некоторые пробы любезно переданы для анализа А.В. Киевским и О.В. Ладным (ФГУП «Георегион»), изотопные определения сделаны в ЦИИ ВСЕГЕИ Э.М. Прасоловым и в ГИ КНЦ РАН И.Л. Каменским.

Литература

1. Кейлъгак К. Подземные воды. М: ОНТИ, 1935. 499 с.

2. Владимирцева Ю.А., Дыканюк Е.А., Манукян A.M. и др. Государственная геологическая карта РФ масштаба 1:1 000 000 (новая серия). Лист Q-2 (Уэлен). Объяснительная записка. СПб.: Изд-во СПб КФ ВСЕГЕИ, 2001. 139 с.

3. Жуланова И.Л. Земная кора Северо-Востока Азии в докембрии и фанерозое. М.: Наука, 1990. 302 с.

4. Белый В.Ф. Берингийская вулканическая провинция // Тихоокеанская геология. 1995. Т. 14. С. 82-86.

5. Белый В.Ф. Стратиграфия и структуры Охотско-Чукотского вулканического пояса. М.: Наука, 1977. 169 с.

6. Кораго Е.Н., Евдокимов А.Н. Постмиоценовый континентальный щелочно-базальтовый вулканизм Северной Евразии // Петрология. 1999. Т. 7, № 1. С. 80-98.

7. Акинин В.В., Апт Ю.Е. Энмеленские вулканы (Чукотский полуостров): петрология щелочных лав и глубинных включений. Магадан, 1994. 97 с.

8. Борзаковский Ю.А., Романова С.Г. Геологическая карта СССР м-ба 1: 200 000. Серия Чукотская. Лист Q-2-XVI, XVII. Объяснительная записка М.: Недра, 1968. 64 с.

9. Тектоника континентальных окраин северо-запада Тихого океана. М: Наука 1980.

10. Ващилов Ю.Я., Кабак И.Б., Максимов А.Е. и др. Геолого-гравиметрическая интерпретационная томография земной коры и верхней мантии: теория, методология, результаты // Проблемы геотомографии. М.: Наука, 1997. С. 266-287.

11. Имаев B.C., Имаева Л.П., Козьмин Б.М. и др. Сейсмичность и современные границы плит и блоков Северо-Восточной Азии // Геотектоника. 2000. №4. С. 44-51.

12. Поляк Б.Г. Тепломассопоток из мантии в главных структурах земной коры. М.: Наука, 1988. 192 с.

13. Поляк Б.Г., Кононов В.И., Фернандес Р. и др. Изотопный состав гелия в термальных флюидах Калифорнийского полуострова и прилегающих районов // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1991. № 12. С. 132-145.

14. Поляк Б.Г., Дубинина Е.О., Лаврушин В.Ю., Четко А.Л. Изотопный состав воды гидротерм Чукотки // Литология и полезные ископаемые. 2008. № 5. С. 480-504.