Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 511, № 1, стр. 19-23

Характеристика современного минералообразования азотных терм Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) содержится в ряде монографий [1–3] и отдельных статьях. Могойский (по другим авторам Ципинский) термальный источник входит в число наиболее изученных в этом отношении. Тем не менее исследованиями последнего десятилетия на нем обнаружены ранее не упоминавшиеся минералы, в частности, когаркоит, виллиомит и др. [4]. В данном сообщении изложены результаты новых исследований, расширяющие сведения о минеральном составе современных отложений источника, и предложены механизмы формирования развитых на нем основных минералов и минеральных ассоциаций.

Могойский источник является наиболее высокотемпературным (до 83.7°C на выходах) проявлением азотных термальных вод в БРЗ. Он находится в долине р. Могой, притока р. Ципа, в левобережном бассейне р. Витим и состоит из многочисленных точечных и линейных выходов (до 40), образующих термальное поле протяженностью до 200 м при ширине до 100‒120 м. Географические координаты примерного центра этого поля 55°28.439′ с.ш., 113°26.341′ в.д. Разгрузка терм локализована в юго-восточных отрогах Южно-Муйского хребта в границах развития позднепалеозойских гранитоидов баргузинского комплекса, перекрытых на участке разгрузки терм четвертичными аллювиальными отложениями.

Химический состав водных проб (табл. 1) определялся в ИПРЭК СО РАН (г. Чита) по нормативным методикам, определение минерального состава осадков выполнено в ИГМ СО РАН (г. Новосибирск) рентгеноструктурным методом на дифрактометре ARL X’TRA (излучение Cu K_α).

По химическому составу термы источника фторидно-гидрокарбонатные натриевые. Наряду с достоверно установленным максимальным для терм БРЗ содержанием фтора для источника характерны высокие концентрации кремния. Эти гидрогеохимические особенности определяют состав минеральных ассоциаций, современное образование которых особенно широко проявлено в юго-западной части термального поля. Здесь на участке протяженностью до 50 м отлагаются как плотносцементированные светло-серые, так и туфообразные белые минеральные образования. Определение фазового состава этих отложений, проведенное методом рентгеновской порошковой дифрактометрии на материале пяти образцов, показало, что плотносцементированные образования в основном сложены опалом и являются гейзеритами (рис. 1), развитие которых на Могойском источнике отмечалось постоянно ([1, 2] и др.), а туфообразные осадки преимущественно представлены солевыми отложениями карбонатов, фторидов и сульфатов.

Рис. 1.

Отложения гейзерита и рентгенограмма образца Мг-21-2м. Сокращения: ког – когаркоит, кв – кварц, пл – плагиоклаз, вмт – виллиомит, кпш – калиевый полевой шпат.

По [1], в БРЗ гейзериты установлены только на тех термальных источниках (их указано три, включая Могойский), в воде которых содержится SiO₂ в пределах 93‒170 мг/л (43.4–79.3 мг/л по Si), а по [2] гейзериты образуются при температуре на выходах выше 75°C. Иные температуры образования, не менее 400°C, указаны для позднечетвертичных гейзеритов о. Ольхон и Приольхонья [5, 6]. Доказательством таких температур авторы считают наличие в составе гейзеритов тремолита, температура образования которого составляет не менее 400°С [7], и графита высокой степени кристалличности, характерного для пород амфиболитовой фации метаморфизма. Расчетные температуры современных гидротерм БРЗ на глубинах их формирования, по оценке [2], не превышают 136°C.

Приведенные в табл. 1 глубинные температуры Могойского источника рассчитаны нами по кварцевому геотермометру по двум моделям [8]:

1) с кондуктивным теплообменом по формуле t = (1309/(5.19 – lg SiO₂)) – 273.15,

2) с адиабатическим расширением (без теплообмена с вмещающими породами) по формуле t = = (1522/(5.75 – lg SiO₂)) – 273.15.

По первой модели глубинные температуры по двум срокам опробования равны 132.4–136.7 и 146.3–149.2°C (табл. 1), по второй соответственно на 3.7–4.6 и 6.0–6.6°C ниже. Следовательно, гейзериты как Могойского источника, так и других проявлений современных гидротерм БРЗ отлагаются из низкотемпературных гидрогеохимических систем, являются низкотемпературными. Причина их отложения – понижение температуры на выходах. По аморфному кремнезему азотные термы не равновесны [9], но при снижении температуры до 20–25°C равновесие наступает. Так, растворимость аморфного кремнезема при 25°C равна 120 мг/л [10] или 56 мг/л по Si. Этим же механизмом можно объяснить и образование флюорита CaF₂ в составе гейзерита, установленного в другом образце, поскольку насыщение по нему в термах источника при температуре >70°C не достигается, но возникает при более низких температурах при тех же концентрациях входящих в его состав компонентов [11].

В составе солевых отложений в одном из образцов основную долю составляли когаркоит Na₃FSO₄, трона Na₃H(CO₃)₂·2H₂O и термонатрит Na₂CO₃·H₂O, примеси представлены кварцем SiO₂, виллиомитом NaF, калиевым полевым шпатом и плагиоклазом (рис. 2). В двух других образцах преобладали тенардит Na₂SO₄ и трона, когаркоит установлен в подчиненном количестве, в числе примесей определены галит NaCl, кварц, флюорит, барит BaSO₄, а в следовых количествах – слюда и хлорит. В [12] отложения на гальке гранитов описаны как травертины – известковые туфы. Они в составе отложений по данным нашего опробования не выявлены, но впервые (с учетом [4]) на термальных источниках Забайкалья установлены карбонаты натрия и барит.

Рис. 2.

Солевые отложения на камнях и поверхности почвы и их рентгенограмма (образец Мг-21-5м). Сокращения: тр – трона, тмнт – термонатрит, остальные ‒ как на рис. 1.

Обнаруженный на Могойском источнике когаркоит был второй находкой его в России [4]. В отличие от впервые найденного в нефелиновых сиенитах Ловозерского массива (Кольский полуостров), где его генезис объяснялся выделением на последних стадиях кристаллизации расплава, обогащенного натрием и летучими компонентами [13], в нашем случае когаркоит гипергенный, образуется он в результате эвапоритизации низкотемпературных гидротерм. Минеральная ассоциация, близкая по составу к выявленной в отложениях Могойского источника, описана А. Пабстом и У. Шарпом в 1973 г. для горячих источников Гортензия Хот Спринг (Колорадо, США) [14], которые дали название этому минералу в честь Л.Н. Когарко, обнаружившей его и описавшей как “бесхлористый шайрерит” [13]. Там когаркоит встречается совместно с опалом, галитом, троной, флюоритом, кальцитом, беркеитом и филлипситом.

Все основные выявленные соли обладают высокой растворимостью, многократно превышающей содержание их ионов в термах источника, насыщение по ним в термах не достигается. Так, растворимость (в г/л) NaF равна 36.6 при 10°C, Na₂CO₃·H₂O – 485 при 40°C, Na₂SO₄ – 281 при 20°C [15]. Общая минерализация терм источника не превышает 0.5 г/л, поэтому отложение установленных натриевых солей происходит в результате концентрирования по ним на испарительном барьере на дневной поверхности, подобно формированию их на соленых озерах (Натрон и др.) в рифтовых системах Африки [16]. Ввиду высокой растворимости минералы солевых отложений Могойского источника являются эфемерными, в период дождей в основной массе они должны растворяться, а их химические компоненты выноситься в речную сеть и частично поступать в зону аэрации.

В заключение подчеркнем, что гейзериты Могойского источника, как и других гидротерм БРЗ, исходя из их глубинных температур, являются низкотемпературными, образуются они в результате охлаждения терм при разгрузке. Комплекс примесей в гейзеритах, а также минеральные ассоциации тех отложений, в которых аморфный кремнезем не является основной фазой или вообще отсутствует, прямо отражают химизм вод источника. Карбонаты в их составе в отличие от известных отложений травертинов представлены минералами натрия, вместе с другими солями (фторидами, сульфатами) отлагаются вследствие испарительного концентрирования исходных растворов. При дождях ввиду высокой растворимости солевые минералы могут исчезать.