ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 464, № 2, с. 214-219
= ГЕОФИЗИКА =
УДК 551.21:550:370
ДИНАМИКА ИЗВЕРЖЕНИЯ ГРЯЗЕВОГО ВУЛКАНА НА ПРИМЕРЕ СОПКИ АНДРУСОВА (БУЛГАНАКСКИЙ ГРЯЗЕВУЛКАНИЧЕСКИЙ ОЧАГ,
КЕРЧЕНСКИЙ ПОЛУОСТРОВ)
© 2015 г. В. В. Оленченко, Е. Ф. Шнюков, О. Л. Гаськова, С. Н. Кох, Э. В. Сокол, С. Б. Бортникова, И. Н. Ельцов
Представлено академиком РАН М.И. Эповым 10.06.2014 г. Поступило 09.06.2014 г.
На основе комплексного геофизического и гидрогеохимического изучения проявлений грязевого вулканизма в пределах Булганакского очага (Керченский полуостров) определена периодичность выбросов грязевого вулкана сопка Андрусова в период его непосредственной активизации.
Б01: 10.7868/80869565215260217
Газово-грязевой вулканизм представляет собой одно из звеньев в глобальном процессе дегазации земных недр. В образовании грязевых вулканов задействована сложная комбинация процессов седиментации, диагенеза, созревания рассеянного органического вещества, истирания и дробления пород, их выноса к поверхности в составе различных транспортирующих сред — газа, пульпы, вод, и, наконец, аккумуляции продуктов извержений. Стремительный подъем к поверхности газонасыщенных и обводненных породных масс завершается извержениями, сценарии которых варьируются от спокойного истечения грязевых потоков до газовых взрывов [1—4].
Некоторые из этих процессов в настоящее время изучены досконально, тогда как другие практически не изучены. При обилии данных о внешней морфологии грязевых вулканов данные об их внутреннем строении крайне скудны [4]. В частности, неизвестны детали строения вулканических жерл и подводящих каналов, нет сведений об изменении их конфигурации до и после извержения, нет данных о характеристиках малоглубинных резервуаров газов и минерализованных вод, питающих грифоны и сальзы, и их поведении накануне выбросов. Из-за ограниченности
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской Академии наук, Новосибирск Отделение морской геологии и осадочного рудообразования Национальной академии наук Украины, Киев
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук, Новосибирск
инструментария, позволяющего "заглянуть" в недра работающей вулканической системы, до сих пор исследователям не удавалось детально наблюдать развитие во времени извержения грязевых вулканов.
В данном сообщении представлены уникальные результаты натурного геофизического эксперимента, которые совместно с определением гидрохимических параметров грязевулканических вод могут успешно использоваться для исследования геометрии подводящих каналов накануне и непосредственно в процессе извержения.
Объекты исследования расположены на территории классической активной Керченско-Та-манской грязевулканической провинции [2, 5]. По характеру выносимого на поверхность обломочного материала (песчаники, известняки, мергели, глинисто-сидеритовые конкреции, алевролиты, глины неогена и палеогена, а также киммерийские железные руды) корни керченских грязевых вулканов прослеживаются до низов майкопских отложений, а таманских — до верхнего мела [2, 6].
Непосредственные геофизические наблюдения были проведены в сентябре 2013 г. в пределах Булганакского грязевулканического очага, расположенного на южном крыле Бондаренковской антиклинали, в 8—10 км севернее г. Керчь (45°25' 39" с. ш.; 36°28'41" в. д., рис. 1). Активность этого очага, крупнейшего на Керченском полуострове (площадь 4 км2), отвечает пассивной гри-фонно-сальзовой стадии и выражается в спокойном излиянии минерализованных вод, жидкой грязи (~5000 л/сут) и углеводородных газов (~100 м3/сут). В составе выделяющихся газов преобладает метан (95—96%), доля С02 составляет 2— 4% [2, 6]. Постоянная газовая эманация ведет к
Ш 9 - нш
в)
Рис. 1. а — схема расположения объектов в пределах Булганакского грязевулканического очага; б — грязевой вулкан сопка Андрусова в момент вспышки активности (19.09.2013 г.); в — панорама Булганакского грязевулканического очага (на переднем плане — сопка Центральное озеро).
разгрузке подземных камер и снятию избыточного давления, предотвращая тем самым катастрофические извержения. В XX столетии были зарегистрированы лишь два сравнительно бурных извержения сопки Андрусова — в 1926 и 1986 гг. Как следствие, грязевые вулканы Булганакского поля объединяют морфогенетические типы построек, возникающих при извержении обводненного (маловязкого) материала — мелкие сопки, грифоны и сальзы. Основная площадь очага занята сальзами, заполненными минерализованной водой, глинистой пульпой и илами. В северной части очага располагаются пологие сопки Андрусова, Павлова, Ти-
щенко, Абиха, Вернадского, в южной — Обручева и Центральное озеро, на западе — сопки Трубецкого и Шилова, на востоке — Ольденбургского (рис. 1). Самая крупная сопка Андрусова возвышается над местностью на 5—7 м, имея диаметр основания 300 м и кратерную площадку 50 м в поперечнике.
В июне 2012 г. нами было выполнено гидрогеохимическое опробование источников и сальз Булганакского очага: растворы вулкана Андрусо-ва (отобраны в боковом выходе, где доля жидкой фазы была существенно больше, чем твердой), вулкана Ольденбургского, Травертиновых источников, сопки Обручева. Пробы отбирали в пла-
Оль-3
K
Mg:
2+
ОЛЕНЧЕНКО и др. Андрусова 12-ОБ-1w
12-ОБ^
TP-lw
TP-2w
12-БК-02
12-KC-2w Mg2+ Ca
2+
HCO
HCO
NO- S°4
Рис. 2. Основной ионный состав растворов влк. Ольденбургского (Оль-3), Андрусова, сопки Обручева (ОБ), травер-тиновых источников (ТР), источников Булганакского (БК), Каялы-Сарт (КС), мг-экв. %.
стиковые контейнеры, на месте замеряли рН, Eh, электропроводность. После отстаивания воды пропускали через фильтр "синяя лента" и помещали в контейнеры. Растворы были проанализированы на основной анионный и катионный составы методами титриметрии, турбидиметрии, фотометрии. Микроэлементный состав был определен методом ИСП-АЭС на приборе IRIS Advantage (2000) в Аналитическом центре ИГМ СО РАН (Новосибирск).
По значениям рН и основному ионному составу вода источников относится к щелочным-сильнощелочным солоноватым до соленых растворам хлоридно-гидрокарбонатного или гидрокарбо-натно-хлоридного класса (рис. 2). Тип вод во всех пробах — натриевый, что свидетельствует о том, что основная доля в растворах грязевых вулканов представлена захороненными и современными морскими водами. Уровень минерализации и микроэлементный состав позволяют отнести их к водоносному комплексу глин майкопских отложений (олигоцен) [2].
Оценки температур флюидогенерации, выполненные нами по Mg—Li-термометру [7] и кислородному термометру (s18O) [8] для современных травертинов этой площади, составляют 52— 78 и 54—75°C. Это отвечает глубинам 2.5—3 км, соответствует уровню расположения майкопской толщи и позволяет поддержать мнение С.В. Аль-бова [9] о том, что в формировании гидрогеохимических характеристик вод Булганакского гря-зевулканического очага были задействованы глубоко погруженные непромытые и слабо промытые комплексы осадков с солеными водами.
Косвенным подтверждением высокой минерализации поровых растворов является массовая кристаллизация на испарительном барьере водорастворимых солей: галита (№С1), тинкалконита (Ш2[В405(0Н)4] • 3Н2О), буры (Ш2[В405(0Н)4] • • 8Н20), троны (№3Н(С03)2 • 2Н20), гейлюссита (№2Са(С03)2 • 5Н20), нортупита (Ш3М§(С03)2С1) и нитратина (№N0^.
Геофизические исследования внутреннего строения сопки Андрусова выполнены с использованием современной модификации метода вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) — электротомографии (ЭТ). Электротомография относится к группе методов электроразведки, основанных на различии горных пород по удельному электрическому сопротивлению (УЭС). В отличие от метода ВЭЗ, используемого для изучения горизонтально-слоистых структур, технология ЭТ предназначена для исследований сложнопостроенных двумерных и трехмерных геологических сред. Методом ЭТ определяется геоэлектрическая структура приповерхностного пространства. Элементы вулканической системы хорошо дифференцированы по величине УЭС, что является благоприятным фактором для определения глубины залегания и геометрических особенностей резервуаров, ловушек и каналов [10]. Поскольку основным носителем электропроводности вещества в данном случае являются растворённые в поровых растворах соли, ЭТ позволяет уверенно определять тип наполняющих пористые породы флюидов (газ, вода, рассол).
Во время работ 19 сентября 2013 г. с 9.00 до 13.00 произошла активизация вулкана Андрусова,
что дало возможность впервые зафиксировать изменения геоэлектрических параметров подповерхностного пространства грязевого вулкана непосредственно в процессе извержения. В ходе извержения наблюдался эпизодический (импульсный) выброс газов, воды и глинистой пульпы (т = 18— 20°С). Профиль электрических зондирований ЭТ проходил через центральную часть сопки Андру-сова, при этом середина профиля располагалась над жерлом вулкана, из которого при извержении изливалась грязь. Длину профиля определяли длиной стандартной электроразведочной косы 115 м с расстоянием между электродами 5 м. В качестве измерительного прибора применяли многоэлектродную электроразведочную станцию "Скала-48", разработанную в ИНГГ СО РАН [11]. Для измерения УЭС использовали последовательность подключения электродов, соответствующую установке Шлюмберже. Быстродействие электроразведочной аппаратуры позволяло измерять УЭС разреза через каждые 7 мин. Измерения непрерывно велись в течение 3 ч. Наблюдения за поведением вулкана показали, что при вялотекущем извержении сопки Андрусова длительность фазы роста давления в камере, собственно извержения и релаксации системы сопоставима со временем измерения УЭС. Это дало возможность проследить изменение УЭС подповерхностного пространства вулкана во времени в процессе извержения. Полученный массив данных обрабатывался с помощью программы Res2Dinv [12]. В итоге получали двумерные (2D) разрезы УэС геологической среды.
Геоэлектрические разрезы сопки Андрусова характеризуются очень низким УЭ
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.