Глава 5.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Споры о том обозначает ли геоэкология географическую или геологическую экологию, кроме амбициозности, лишены всяческих оснований. Геоэкология – экологическая наука о Земле. Она может быть определена как «междисциплинарная наука, изучающая состав, структуру, закономерности функционирования и эволюцию естественно и антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации… Геоэкология включает экологическую геологию, экологическую географию и экологическое почвоведение» (Трофимов, Зилинг, 1998).
«Экологическая геология изучает взаимодействие человека и живых организмов с литосферой как средой их обитания» (Кочетков, Вартанян, Голицин, 1998, с. 10). Она исследует экологические функции литосферы, среди которых определяющими являются: геодинамические, геофизические, геохимические и ресурсные. Геодинамические функции отражают способность литосферы к проявлению и развитию природных и антропогенных процессов и явлений, необходимых для жизнеобеспечения биоты. Геофизические и геохимические - характеризуют свойства соответствующих полей влиять на состояние живых организмов. Ресурсные функции определяют роль минерально-сырьевых ресурсов литосферы и объем геологического пространства, необходимые для их жизнеобеспечения.
Следовательно, существуют определенные зависимости между наблюдаемыми экологическими ситуациями и особенностями состояния и структуры литосферы конкретных регионов.
Экогеологические аспекты Алтайского края
Основные особенности геологического строения Алтайского края определяются положением этого региона в структуре Центрально-Азиатского горно-складчатого пояса, сформированного в процессе полициклического байкало-герцинского этапов развития и подвергшегося тектоно-магматической активизации в мезозое (рис. 6).
Характерным для этой территории является пограничное положение между Западно-Сибирской платформой на севере и Саяно-Алтайской складчатой областью на юге. Специфичен разворот геологических структур с субширотных (Саяны, Монголия, Китай, Казахстан) на диагональные северо-северо-западные, которые раскрытым веером обращены на северо-запад. Складчатые структуры комплементарно дополняются крупными и сопряженными с ними разломными зонами, образуя единый структурный ансамбль. Разломы неоднократно подновлены и сочетаются с вновь образованными дизъюнктивными нарушениями.
Эта их разновозрастность, длительность формирования хорошо проявлена на космосхемах района. Новейшие разломы исключительно четко обозначены контрастной резкостью сочленяющихся горных ландшафтов с высокогорными равнинными ступенями, как у Кобдинского разлома на юго-востоке Русского Алтая. Молодые тектонические смещения также четко прослеживаются в виде систем провальных узких впадин, очертания которых подчинены единому выдержанному направлению, а сами впадины на значительном протяжении выполнены палеоген-неогеновыми рыхлыми отложениями, соседствующими с выходами скальных пород протерозоя-палеозоя. В этом случае уже нет линейно-резных границ, в связи с тем, что борта впадин и долин несколько размыты за счет развития более поздних осыпей и оползней. Примером подобных структур является крупная разломная зона, следующая от Бухтармы к пограничной зоне Русского Алтая с Китаем и Монголией. А древние, часто дугообразные разломы, например Шапшальского типа, хотя и достаточно надежно выделяются по характерным особенностям подобных линеаментов, но геоморфологические различия по обе стороны тектонических швов, в связи с длительными процессами последующего рельефообразования, в общем несущественны и проявлены слабо.
Подобное неоднократное развитие разломных структур может оказать существенное экологическое влияние, в связи с возможностью поступления по этим ослабленным зонам разнообразных гидротермальных и газовых поступлений вещества недр.
Второй важнейшей тектонической особенностью структур региона является их вертикальная неоднородность, заключающаяся, прежде всего, в смене с юга на север орогенных складчатых обстановок на равнинно-платформенные. Соответственно, осуществляется переход от одноэтажной, но многоярусной горной системы к двухэтажной плитной, нижний структурный этаж которой коррелируется с тектонической обстановкой окружающих горных соотружений, с интенсивной складчатостью разновозрастных (рифейско-пермских) литологических комплексов, метаморфизмом различных степеней интенсивности и насыщенностью магматическими интрузивными телами. Строение верхнего этажа определяется принципиально иными структурными мотивами: это слабо дислоцированные близгоризонтально залегающие осадочные толщи, редко пораженные неотектоническими разломами, без заметного метаморфизма и сколько-нибудь существенных магматических и гидротермальных проявлений.
Чрезвычайно характерна и важна для принципиального уяснения ситуации главная структурная граница плиты – поверхность рельефа, погребенного под чехлом фундамента, последовательно, по мере ее захоронения, высвобождающаяся из сферы рельефообразующей деятельности экзогенных природных сил. Эта поверхность генетически едина, поскольку она по территрии всей впадины отделяет породы чехла от отложений фундамента, но не одновременна, а определена длительной тенденцией к опусканию северных участков впадины, испытывающих более значительное погружение. Здесь длительное время господствовали обстановки аккумуляции, смещавшие от более возвышенной южной части к погруженной северной. В нижней погребенной части возраст рельефа этой поверхности преимущественно домезозойский, в менее погруженной южной – голоценово-современный. Но это единая структурная поверхность, которая может быть по многим параметрам сопоставлена с современной дневной поверхностью, как пограничная линия разделяющая разнофациальные системы.
Рис. 6. Геолого-тектоническая схема Алтайского края
Структурно-фациальные зоны орогенных систем последовательных этапов консолидации: 1 – раннесалаирского, 2 – салаирского, 3 – каледонског, 4 – раннегерцинского, 5 – средне-позднегерцинского, 6 – герцинско-мезозойского.
(Названия структур горно-складчатых областей: 1 – Салаирский антиклинорий, 2 – Рудный Алтай, 3 – Талицкий антиклинорий, 4 – Чарышско-Инской синклинорий, 5 – Коргонский прогиб, 6 – Ануйско-Чуйский синклинорий, 7 – Бийско-Катунский горстовый массив.)
Структурно-фациальные зоны фундамента платформы: 7 – байкалиды, 8 – салаириды, 9 – каледониды, 10 – ранние герциниды, 11 – поздние герциниды, 12 – герцинско-мезозойские.
(Названия структур платформенного типа: 8 – Барнаульский срединный массив, 9 – Алейский антиклинорий, 10 – Шипуновско-Талицкий антиклинорий, 11 – Шаболихинский грабен-синклинорий, 12 – Рубцовский синклинорий, 13 – Кулундинско-Славгородская складчатая зона.)
13 – границы Кулундинской плиты, 14 – границы структурно-фациальных зон в пределах орогенных областей, 15 – основные структурные границы в породах фундамента.
Субстрат фундамента неоднороден.
В центральной части юго-восточной периферии Западно-Сибирской плиты в данном районе – так называемой Кулундинской впадине – это позднепротерозойский (рифейский) Барнаульский срединный массив – жесткая глыба, представленная в основном мощными кварцито-известняковыми толщами. По краям восточных и южных границ впадины находятся структурные блоки салаирского (позднепротерозойско-среднекембрийского) возраста – консолидированные зоны терригенно-карбонатных и вулканогенных обстановок эвгеосинклиналей. С севера и юга Барнаульский срединный массив окружен каледонидами (образовавшимися в ордовикско-силурийско-реннедевонский тектонический цикл), котрые представлены доминирующими терригенно-сланцевыми литологическими формациями. А к западу превалируют раннегерцинские структуры, среднедевонский этап формирования которых отмечается накоплением толщ терригенно-вулканогенного состава, а раннекаменоугольный – аккумуляцией угленосных песчаниково-алевролито-сланцевых пачек.
С экологических позиций важно отметить различную насыщенность субстрата фундамента кислыми гранитоидными интрузивными массивами, нередко характеризующимися повышенной радиоактивностью. Согласно имеющимся данным, они широко развиты в юго-восточной половине Кулундинской впадины, где мощность осадков платформенного чехла относительно мала.
Рельеф кровли фундамента определяется не только особенностями литологии его субстрата, но, в еще большей степени присущей ему блочностью строения, в результате чего здесь отчетливо вырисовывается сложный амфитеатр «структурных террас», ступенчато погружающихся к западу (рис.7, 8).
Внешнюю дугу амфитеатра по восточному и южному периметрам впадины – предгорьям Салаира и Алтая - образует Рубцовская структурная терраса, в пределах которой палеозойский фундамент залегает на глубинах 140±195 м от современной дневной поверхности. Рельеф ее сложно расчленен и в общем холмисто-лощинист, с углами наклона 1-3, иногда 4-6°.
Следующая Бийская структурная терраса образует прерывистую дугу с обширным восточным и более локальным южным фрагментами. Здесь древний фундамент залегает уже в среднем на глубинах 259±26 м. В южном фрагменте Бийской террасы при его общей северо-западной зональной позиции валы и прогибы рельефа ориентированы на северо-восток. В целом для террасы расчлененность рельефа более мягкая и углы наклона осложняющих форм характеризуются величинами 1-4°.
Рис. 7. Структурные террасы Предалтайской равнины
1 – границы плиты, 2 – границы террас (штрихи направлены в сторону понижения структурного амфитеатра.
Наименование террас: ЦК – Центрально-Кулундинская, БР – Барнаульская, Бс – Бийская, Рб – Рубцовская.
Рис.8. Схема принципиального взаимоотношения мезокайнозойских отложений Бийско-Барнаульской и юго-восточной части Кулундинской впадины (по О.М.Адаменко)
Индексы местных стратиграфических подразделений (свит):
нижнее-среднеюрских – gl –глушихинская,
нижнее, нижнее-верхнемеловых – kl киялинская, pk – покурская, ln – леньковская;
верхнемеловых – kz – кузнецовская, sl – славгородская, gn – ганекинская, sms – сымская;
среднепалеогеновых – ll –люленворская;
средне-верхнепалеогеновых - g – чеганская;
нижнее-верхнепалеогеновых – os – островновская;
верхнепалеогеновых – at – атлымская, nm –новомихайловская, gr – Журавская, ab – абросимовская, zn – Знаменская, kr – крутихинская (чаграйская);
нижненеогеновых – tv – таволжанская, rb – рубцовская;
нижнее-верхненеогеновых – pv – павлодарская;
верхненеогеновых - k- кочковская;
четвертичных – krd –краснодубровская, mn- монастырская, br- большереченская, ksm – касмалинская;
al – аллювиальные отложения.
Барнаульская структурная терраса занимает большую северо-центральную часть впадины. Фундамент этой ступени погребен на глубины 376±176 м и характеризуется усложнением рельефа преимущественно за счет более или менее изометричных и неправильных поднятий и депрессий с углами склонов 0°30'-2°00'.
Центрально-Кулундинская структурная терраса отвечает западному трапециоидальному блоку со средней глубиной погружения 795±470 м. Наиболее четко здесь выражена крупная дополнительная депрессия в районе Славгорода, вытянутая в северо-восточном направлении. Она характеризуется относительно крутыми склонами по периферии, с выположенным основанием (1-2°).
Границы между структурными террасами отвечают комбинациям зон разломов фундамента и в общем, в связи с этим, являются теми структурами, по которым возможно проникновение разнообразных эманаций в отложения чехла.
Пространство, заключенное между поверхностью фундамента и современным равнинным рельефом выполнено рыхлыми отложениями мела, палеогена, неогена и четвертичного возраста. Нижняя часть этого мощного разреза, относящаяся к мел-палеогеновому периодам, представлена переотложенными и остаточными (?) продуктами кор выветривания, в основном снесенных с примыкающих возвышенных участков горных областей. Верхняя часть чехла относится к образованиям озерно-аллювиальных равнин, перекрытых субаэральными лессовидными отложениями и аллювием (по соответствующим долинам стока).
По данным О.М. Адаменко, на месте современной Предалтайской впадины в ранне-среднеюрскую эпохи вначале существовала Барнаульская цокольная впадина, благодаря которой Алтайский горный свод сочленялся с щитом молодой Западно-Сибирской эпигерцинской платформы. В меловой период была образована аккумулятивная Кулундинская впадина и горное поднятие сочленялось уже не непосредственно с щитом, а с более подвижной Западно-Сибирской платформой. Затем в неотектоническую стадию здесь сформировалась широкая аккумулятивная предгорная впадина, в связи с резкой активизацией поднятий «Алтайского свода» (с олигоцена).
При этом происходило не только образование пологих пликативных изгибов, отраженных в формировании валов и прогибов, но и проявлялись разрывные деформации, представленные новейшими разломами, в частности вдоль северной границы Алтайских гор – фаса Алтая, намеченного В.А. Обручевым. Это четко выраженный в рельефе крутой морфотектонический уступ высотой до 200-500 м, протягивающийся в широтном направлении на 200 км.
В целом новейшие разломы – это сеть более или менее четко обозначенных структур разрыва, как ограничивающих, так и пронизывающих структуры Кулундинской впадины.
Крупнейшие глубинные разломы образуют в фундаменте две основные системы, разбивающие его на блоки: северо-западного направления (от Иртышско-Карасукского на западе, через Северо-Восточную зону смятия, до Барнаульского) и почти субширотного северо-восточного простирания (от Змеиногорско-Калманского на юге, через Аламбайский, до Кулундино-Барнаульского).
Часть новейших разломов на Алтае проявлена в виде взбросов и надвигов. Такие разломы известны по периферии Зайсанской впадины, в Иртышской зоне смятия, в зоне Курайского надвига на руднике Акташ. Бурение, проведенное в районе Белокурихи, свидетельствует, что сам Алтай «надвинут» на Предалтайскую равнину под углами от 45-50° до 80°. Возраст этих разломов различен, но на неотектонической стадии они были подновлены. Так, по Курайскому разлому палеозойские отложения надвинуты на морену максимального среднеплейстоценового оледенения; в Ирышской зоне смятия – на миоцен-плиоценовые глины павлодарской свиты; вдоль фаса Южного Алтая – на мел-палеоценовые и верхнеплиоценовые глины и т.п.
По ряду тектонических разломов происходит выделение различных, в том числе радоновых эманаций, представляющих собой важный природный экологический фактор на Алтае. Так, к неотектонической зоне фаса Алтая приурочены выходы радоновых термальных вод известного курорта Белокурихи и еще двух выявленных подобных месторождений – Искровского и Черновского (в нескольких километрах юго-западнее Белокурихи). Воды Белокурихинского месторождения с минерализацией 0,3 г/л, относятся к гидрокарбонатно-сульфатным натриевым с содержанием радона до 25 нКи/л, и достигают температуры в 42°С.
Однако следует подчеркнут и негативное (а не лечебное) экологическое влияние «сухих» радоновых эманаций. Недалеко от г. Белокурихи в с. Россоши максимальная концентрация радона в 6 раз превышает норму (1260 Бк/м3). Попадая в дыхательные пути, радон может вызвать радиационные нагрузки, способные вызвать рак легких, что наблюдается и в некоторых других районах Алтайского края. Так, по данным В.Н. Александрова (1992), «при регламенте радона в воздухе до 200 Бк/м3 в некоторых шахтах Алтайского горно-обогатительного комбината его концентрация достигала 1185 Бк/м3». А проведенными радиационно-экологическими исследованиями в Бийском районе зафиксированы повышенные содержания радона в подпочвенном воздухе городских помещений, местами достигающие значений до 21700 Бк/м3! В некотрых подвалах зданий г. Бийска значения эффективной равновесной объемной активности радона (ЭРОА) достигают 700 Бк/м3, а на первых этажах до 400 Бк/м3, при средней активности наружной атмосферы в городе 13-15 Бк/м3 (на уровне 1 м от почвы). Очевидно, это связано с нахождением здесь радоновыводящих разломов.
Согласно О.М. Адаменко, радоновые воды с повышенной температурой имеются в районе с. Усть-Калманка, в пределах Калманского гранитного массива. Аналогичное проявление установлено и к востоку от г. Камень-на-Оби в связи с новейшим Каменским разломом.
Выходы радоновых вод по существу фиксируются на всем протяжении зоны от г. Камень-на-Оби до г.Томска.. Концентрации в них радона достигают 26 нКи/л.
Пока подобные исследования лишь выборочны, но, согласно краевой программе «Радон», выявлены частные превышения мгновенных разовых значений до 1550 Бк/м3, а на станциях обезжелезивания вод городов Бийска и Заринска превышения предельно допустимых уровней составляет соответственно 12,5 и 20 Бк/м3 (Материалы…, 1998).
К этому следует добавить повышенную радиоактивность некоторых шлакоблочных зданий, построенных с использованием дресвяного материала гранитов.
Гранитоидные массивы фундамента, несмотря на захоронение их под рыхлым платформенным чехлом, уверенно выделяются на гравио- и магнитных картах, что может быть использовано для прогнозирования экологических ситуаций подобного рода.