научная статья по теме АНАЛИЗ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДОЛИНЫ ГЕЙЗЕРОВ (КРОНОЦКИЙ ЗАПОВЕДНИК, КАМЧАТКА) ПОСЛЕ КАТАСТРОФЫ 03.06.2007 Геофизика

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДОЛИНЫ ГЕЙЗЕРОВ (КРОНОЦКИЙ ЗАПОВЕДНИК, КАМЧАТКА) ПОСЛЕ КАТАСТРОФЫ 03.06.2007»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 3-20

УДК 556.3

АНАЛИЗ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДОЛИНЫ ГЕЙЗЕРОВ (КРОНОЦКИЙ ЗАПОВЕДНИК, КАМЧАТКА) ПОСЛЕ КАТАСТРОФЫ 03.06.2007

© 2015 г. А. В. Кирюхин1, Т. В. Рычкова1, Е. О. Дубинина2

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, e-mail: avkiryukhin2@mail.ru 2Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 28.03.2014 г.

Представлены результаты мониторинга гидрогеологического режима Долины Гейзеров в 2007—2013 гг. на основных режимных гейзерах и источниках и Подпрудном Озере после катастрофического оползня 03.06.2007. По данным наблюдений на гейзере Большой, его средний период извержений уменьшился после оползня почти в два раза и составляет 63 мин, его активность определяется уровнем Подпруд-ного Озера. На гейзере Великан установлено существенное уменьшение периода извержений от среднегодового значения 379 мин (2007 г.) до 335 мин в первые три года после катастрофического оползня, после чего его среднегодовой период извержений стабилизировался. Выявлено, что гейзер Великан в пределах гидрологического цикла показывает увеличение периода извержений в зимний период (в среднем около 50 мин). Среднегодовое значение глубинной составляющей разгрузки гидротермальной системы (определяемой хлоридным методом) оценивается в 215 кг/с, отмечено ее снижение (на 30%) в период весенне-летнего паводка. Инжекция метеорных вод из Подпрудного Озера не нашла отражения в значимых гидрохимических изменениях в гейзерах Великан и Первенец, но по гейзеру Большой отмечается разбавление по основной компоненте глубинного теплоносителя. В целом газовый состав каналов гейзеров и кипящих источников характеризуется преобладанием атмосферной компоненты, в то время как питающий резервуар гейзера Великан характеризуется доминированием СО2 и N2, при значительном содержании метана и водорода. ТОиОН2-моделирование показывает, что уменьшение периода извержений гейзеров связано с гидродинамическим влиянием Подпрудного Озера. Анализируется влияние сейсмичности на режим извержений гейзера Великан.

DOI: 10.7868/S0203030615010034

ВВЕДЕНИЕ

Долина Гейзеров расположена в Кроноцком государственном заповеднике на полуострове Камчатка. Впервые она была обнаружена Т.И. Устиновой 14 апреля 1941 г. [Устинова, 1955] в каньоне бассейна р. Гейзерной длиной 8 км и глубиной 400 м. Как результат геологических и гидрогеологических исследований, проведенных в 1960-1970 гг. (В.В. Аверьев, В.И. Белоусов, Б.В. Иванов, В.И. Кононов, В.М. Сугробов, В.А. Дрознин, В.Л. Леонов, Н.Г. Сугробова и др.), было установлено, что гидротермальная система Долины Гейзеров имеет наибольшую естественную разгрузку из двенадцати наиболее высокотемпературных гидротермальных систем Камчатки с приблизительным расходом 300 кг/с и температурой воды 100°С. Здесь обнаружено не менее 57 гейзеров [Сугробов и др., 2009], на 13-ти из которых проводились систематические наблюдения за циклом активности (Первенец, Тройной, Конус, Малый, Большой, Щель, Фонтан, Великан,

Жемчужный, Горизонтальный, Розовый Конус, Бурлящий, Восьмерка). Данные о наименованиях гейзеров и источников обсуждаются и уточняются [Леонов, 2012]. В работе Н.Г. Сугробовой [1982] впервые для гейзеров Камчатки и Долины Гейзеров показано (по данным многолетних и систематических наблюдений), что их режим, прежде всего периодичность, изменяется под воздействием метеорологических факторов и уровенного режима поверхностных водотоков, и что на режим гейзеров, в частности Великана, оказывают влияние наиболее крупные землетрясения.

Долина Гейзеров имеет значительную туристскую и образовательную ценность, поскольку это — единственное место в России, где можно наблюдать деятельность гейзеров, понять условия формирования гидротермальной системы (условия разгрузки, источники тепла, структура резервуара, роль верхнего водоупора), а также исследовать потенциал геотермальной энергии.

Число посетителей Долины Гейзеров достигает 3000 человек ежегодно. Поэтому важно выявить механизм формирования и параметры гидротермальной системы, контролирующие гидротермальные взрывы и оползни, осуществлять мониторинг этих параметров с целью прогнозирования возможных природных катастрофических явлений и оценки влияния изменения условий разгрузки/питания на режим гейзеров, оставшихся после катастрофического оползня 3 июня 2007 г.

В работах [Кирюхин, Рычкова, 2011; ЮгуикЫт й а1., 2012] обсуждаются возможные триггеры катастрофического оползня 3 июня 2007 г.: 1) уклон плоскости скольжения в сторону бассейна р. Гейзерной; 2) увеличение давления на 2—3 бар во флюидной питающей системе; 3) насыщение влагой блока горных пород в период снеготаяния и весеннего паводка; 4) гидротермальная переработка и ослабление плоскости скольжения; 5) взрывы пара вдоль плоскости скольжения. Остатки отложений пачки Гейзерная на бортах подтверждают, что катастрофический обвал 3 июня 2007 г. — очередной этап процесса соскальзывания гидротермально-измененных пород верхнего водоупорного слоя в бассейн р. Гейзерной. Обнаружение новых термальных хлоридных источников на более высоких отметках после 3 июня 2007 г. дает возможность предположить, что катастрофическому оползню предшествовало увеличение давления в жидкой питающей системе.

В работе [ЮгуикЫп й а1., 2012] рассматриваются условия формирования гидротермальной системы Долины Гейзеров в пределах двух термовыводя-щих линейных зон (разломов), расположенных над предполагаемым частично расплавленным магматическим телом, и получающей водное питание метеорными водами вдоль выходов риолит-даци-

товых экструзий ). Собрана 3D термогидродинамическая модель гидротермальной системы (10500 элементов). Термогидродинамическое моделирование TOUGH2-EOS3 показывает, что для формирования гидротермальной системы с параметрами разгрузки, соответствующими нынешним (250—270 кг/с при энтальпии 900 кДж/кг), необходимо до 30000 лет. Моделирование также показывает, что высокотемпературный флюид поступает по двум зонам на Нижне-Гейзерном и Верхне-Гейзерном полях. Питание метеорными водами осуществляется в частности через поверхность риолит-дацитовой экструзии Гейзерная

). Моделирование также показывает формирование двухфазного резервуара под наклонно залегающим водоупором, что имеет потенциал гидротермального взрыва. Параметры модели проверены распределением разгрузки термальных источников и гейзеров, результатами изотоп-

ного анализа термального флюида (SD, S18O), и показаниями геотермометров.

В данной статье приводятся и обсуждаются последние результаты мониторинга гидрогеологического режима в 2007—2012 гг. на гейзерах Великан, Большой, Подпрудном Озере и девяти основных режимных гейзерах и источниках.

1. РЕЖИМ ГЕЙЗЕРОВ, ПОДПРУДНОГО ОЗЕРА И ДИНАМИКИ РАЗГРУЗКИ ГИДРОТЕРМ В 2007-2013 гг.

1.1 Методика проведения мониторинга

Для регистрации периодичности извержений гейзеров Великан и Большой с июля 2007 г. были использованы температурные логгеры HOBO U12-015. Логгеры, установленные в каналах на истоке воды из гейзеров, регистрировали температуру из-лива воды с интервалом 5 мин. Время извержения гейзеров оценивалось по времени абсолютного максимума температуры перед ее абсолютным минимумом.

Для регистрации уровня Подпрудного Озера использована пара логгеров HOBO и20-001-04с установленным интервалом измерений 20-30 мин. Один логгер регистрировал барометрическое давление, а другой был установлен в озере, чтобы регистрировать суммарное давление столба воды над ним и атмосферного давления. Относительный уровень озера определялся по разнице записей давления на двух логгерах. Поскольку озеро Подпруд-ное пополняется р. Гейзерной, то его уровень связан с расходом реки. Калибровка расчетной формулы для определения расхода реки по уровню озера выполнялась по результатам гидрометрических наблюдений на створах "Плотина" и "Щель". Величина скрытой разгрузки гидротерм оценивается хлоридным методом на наблюдательном створе "Плотина". Начиная с мая 2012 г., для непрерывной записи электропроводности раствора на створе "Плотина" используется логгер HOBO U24-001 (диапазон 0-10000 ^S/см, установленный интервал записи 20 мин), что позволяет одновременно оценивать изменения хлор-иона и, соответственно, динамику изменения величины скрытой разгрузки гидротермальной системы.

Самую высокую и стабильную величину разгрузки на Нижне-Гейзерном участке имеет кипящий источник Аверий (около 12 кг/с). Великан — самый мощный гейзер в Долине Гейзеров [Kiryukhin et al., 2012, табл. 3], поэтому они были выбраны для осуществления мониторинга газогидрохимического режима гидротермального резервуара в первую очередь. Кроме того, в этот список включены крупные горячие и кипящие источники и гейзеры на различных участках гидротермальной системы: Первенец, Большой, Трубы, Верхний, Хлоридный, N16 и N17 — кипящие источники, обнаруженные после оползня 03.06.2007, 56 — Кислый

@ 1 N7 2

Рис. 1. Пункты мониторинга гидрогеологического режима гейзеров и горячих источников Долины Гейзеров в 2012 г. 1 — пункты мониторинга гидрогеологического режима гейзеров и горячих источников Долины Гейзеров в 2012 г. (3 — Первенец, 28 — Большой, 21 — Аверий, 23 — Великан, 45 — Трубы, 52 — Верхний, 54 — Хлоридный, N16 и N17 — кипящие источники, обнаруженные после оползня 03.06.2007, 56 — Кислый Котел, М — Младенец (Крепость)); 2 — дополнительные точки опробования (Т23 — источник в верховьях руч. Теплый, N7 — источник в зоне отрыва оползня, N37 — кипящий источник на урезе озера, возникший после оползня и переместившийся в 2012 г. приблизительно на место гейзера Скалистого; кружок без номера — пульсирующий высокодебитный источник в месте впадения р. Игрушка в р. Гейзерную).

Номера источников и гейзеров соответствуют названиям [Кирюхин и др., 2011, с. 243] и [ЮгуикЫп е! а1., 2012, табл. 2 и 3]; прочие условные обозначения, использованные на карте, соответствуют рис. 2 [Кирюхин и др., 2011; ЮгуикЫп ега!., 2012].

Котел, М — Младенец (К

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»