ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2014, № 5, с. 38-51
УДК 550.837
ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КАЛЬДЕРЫ УЗОН НА КАМЧАТКЕ
© 2014 г. Ю. Ф. Мороз1, 2, Г. А. Карпов1, Т. А. Мороз1, А. Г. Николаева1, В. А. Логинов1
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: morozyf@kscnet.ru 2Геологический институт СО РАН 670047Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, e-mail: moroz@irlan.ru Поступила в редакцию 05.11.2013 г.
Рассмотрены результаты магнитотеллурических и магнитовариационных исследований кальдеры Узон. На основе анализа магнитотеллурических параметров определена методика интерпретации. Инверсия кривых МТЗ выполнена в рамках двумерной модели с помощью программы REBOCC. Построены геоэлектрические разрезы кальдеры по двум ортогональным профилям. Выявлены аномалии повышенной электропроводности в осадочном чехле и фундаменте, которые приурочены к выходам геотермальных источников. Повышенная проводимость аномалий связывается с наличием высокоминерализованных гидротермальных растворов. По удельному электрическому сопротивлению пород выполнена приближенная оценка пористости пород осадочного чехла и фундамента. На глубинах 1.5—3.5 км в кальдере выделена субвертикальная зона повышенной пористости, связываемая с каналом, по которому флюиды поднимаются вверх в осадочный чехол. Предполагается, что здесь высокоминерализованные растворы разбавляются вадозными водами и по трещинам поступают на дневную поверхность в виде горячих источников. По комплексу полученных данных предложена концептуальная модель, характеризующая основные особенности формирования гидротермальных источников в кальдере Узон.
doi: 10.7868/S020303061405006X
ВВЕДЕНИЕ
Кальдера Узон, приурочена к крупному плейстоценовому вулканическому центру и является частью Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии. Ее центр расположен почти в осевой зоне Восточного вулканического пояса Камчатки. Кальдера занимает западную часть депрессии и представляет собой впадину (9 х 12 км) с относительно плоским заболоченным дном (рис. 1). С юга, запада и севера она обрамлена крутыми уступами высотой от 200 до 800 м. Кальдеру заполняют многочисленные озера, речки и ручьи, дренирующиеся р. Шумной. Возникла эта структура при обрушении кровли магматического очага после извержения в этом районе больших объемов пемзы и игнимбритов [Эрлих, 1966].
В кальдере проявлена мощная гидротермальная деятельность. По разнообразию видов термопроявлений Узонское термальное поле является уникальным и не имеет себе равных на Камчатке. Изучение глубинного строения этого района представляет большой научный интерес. Здесь в 2012 г. выполнены магнитотеллурические и маг-нитовариационные зондирования с целью изучения глубинного строения кальдеры. Методике исследований и обсуждению полученных результатов посвящена настоящая статья.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
Сведения по геологии, тектонике, гидротермальной активности и геофизическим данным рассматриваемого района приведены из работ [Аверьев и др., 1971; Зубин и др., 1971; Брайцева и др., 1974; Пили-пенко, 1974; Белоусов и др., 1983; Карпов, 1988; Леонов и др., 1991; Леонов, Гриб, 1998; Леонов, Гриб, 2004].
Здесь выделяется три комплекса пород плиоцен-четвертичного возраста: докальдерный, синхронный кальдерообразованию и посткальдер-ный, соответствующие трем крупным этапам вулканической деятельности [Брайцева и др., 1974].
Породы докальдерного комплекса (М2—р1) представлены базальтами и прослоями туфобрек-чий. Они слагают постройку вулкана Узон и более древнего щитового вулкана, разрезы которых можно наблюдать в борту кальдеры. Общая мощность этого комплекса до 800 м.
Комплекс кальдерообразующей фазы представлен игнимбритами с прослоями не спекшейся пирокластики кислого состава. В северо-западном борту кальдеры [Флоренский, 1984] установлены вулканогенные отложения, интерпретируемые как взрывные брекчии (среднеплейстоценового воз-
Рис. 1. Схема термопроявлений кальдеры Узон [Пилипенко, 1974].
1 — участки проявления современной гидротермальной деятельности; 2, 3 — участки гидротермального изменения пород; 4 — холодные грунтовые источники; 5 — пресные озера; 6 — горизонтали через 100 м; 7 — скальные обрывы сопки Узон; 8 — обрывы внутренних склонов борта кальдеры и мелких вулканических аппаратов. Цифры на рисунке (названия термальных участков): 1, 2, 3 — участки Восточного поля; 4, 5, 6 — площадки Цепочка; Оранжевая; Северная; 7 — площадки Восьмерка и Крайняя; 9 — участок оз. Фумарольного; 10 и 11 — участки Теплых болот и Южный; 12 — участок Береговой; 13 — Западное поле; 14 — участок горы Белой. Черными кружками изображены пункты МТЗ по профилям I—I и II—II.
раста). Общая мощность пород комплекса достигает 200 м.
Посткальдерный комплекс представлен изверженными породами (дацитовые экструзии и пемзовые покровы), а также озерными и пирокласти-ческими отложениями (пачками слоистых алевро-пелитовых туфов, агломератовых пемзовых туфов, слоистых псефитовых и псаммитовых туфов, пемзовыми песками). Одновременно с озерными отложениями формировались и дацитовые экструзии, в частности ближайшая экструзия — г. Белая, в западной части которой породы претерпели кислотное выщелачивание, связанное с древней фу-марольной деятельностью.
Самое молодое проявление вулканизма в кальдере — маар оз. Дальнего. Вокруг маара 0 ~ 1 км располагается кольцевой вал, образованный по [Леонов и др., 1991] 7.5 тыс. лет назад. Вал сложен преимущественно шлаками, бомбами, лапилля-ми и глыбами лавы андезито-базальтового состава. Юго-западную часть кальдеры занимает обширное поле мореных отложений второй фазы верхнеплейстоценового оледенения. Вал конечной морены (высотой 20—40 м) пересекает каль-
деру в центре с СЗ на ЮВ. Морены перекрывают большую часть разреза озерных отложений. Голо-ценовые отложения — это торфяники (болотные отложения), а также делювиально-пролювиаль-ные гравийно-галечные отложения.
По гравиметрическим данным в депрессии выделяется ряд разновысоких блоков фундамента [Зубин и др., 1971]. По зонам повышенных градиентов поля силы тяжести предполагаются разломы субширотного и северо-западного простирания, к узлу пересечения которых и приурочены зоны термальных полей.
Современная гидротермальная деятельность сосредоточена в центральной, наиболее раздробленной части кальдеры Узон. Эта зона в прошлом (верхний плейстоцен) являлась центром эксплозивной деятельности, сопровождающейся выбросом пемз. Здесь образовалась крупная взрывная воронка размером 4—5 км, которая выполнена молодыми отложениями Узонского озера. Она выражена гравитационным минимумом, имеющим почти изометричную в плане форму и значительную амплитуду. Минимум связывается с отложениями пониженной плотности мощностью до 1 км. Во-
54°30'41.9"
54°29'38.2"
54°28'34.4"
II I 17
I • • 2 1 *2 .3 *4 «5 .6 *7 •{ •24 .15 5 •14 »26 .13 9 10 11 «12 ■27 23 221 *19 • 28 21®20 •18
• 29 • 30 •31 • 32
II
159°56'55" 160°0'13" 160°3'31"
Рис. 2. Схема расположения пунктов МТЗ по профилям I—I, II—II (см. рис. 1). Цифрами обозначены номера МТЗ.
ронка взрыва, сформировавшаяся в узле пересечения тектонических разломов и нарушившая сплошность толщи туфогенных осадков, стала играть роль центрального термовыводящего канала. Помимо этого кальдера осложнена серией мелких воронок взрыва.
Трещиноватость пород посткальдерного комплекса создала условия для поступления глубинных термальных вод и пара, проявившихся в виде горячих и кипящих источников, грязевых котлов и вулканчиков, парящих и в разной степени прогретых площадок с рассредоточенными выходами газов. Температура источников — 45—96°C, максимальная температура газопаровых струй — 102°C. Общая минерализация горячих источников меняется от 0.5 до 5 г/л. Источники характеризуются пульсирующим режимом излива, в редких случаях переходящим в гейзерный [Пилипенко, 1974].
МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Геоэлектрический разрез изучен по двум ортогональным профилям, пересекающим депрессию в субширотном и субмеридиональном направлениях (см. рис. 1). Наблюдения магнитотеллуриче-ского поля выполнены с помощью аппаратуры МТи-5А Канадской фирмы "Phoenix Geophysics Ltd". Регистрация магнитотеллурического поля осуществлялась в диапазоне звуковых частот от 10 000 Гц до десятых долей Гц. Шаг наблюдений —
200—500 м (рис. 2). Азимут направлений горизонтальных составляющих поля — 30° и 120°. Длина электрических диполей — 100 м. Горизонтальные магнитные датчики укладывались в ямы глубиной около 30 см и сверху присыпались землей. Для установки вертикального датчика магнитного поля использовалась тренога.
Обработка МТ-данных выполнена с помощью специальных программ. В результате обработки получены тензоры импеданса и магнитного тип-пера в диапазоне периодов 0.0001—10 с. Повышенное внимание уделялось редакции результатов по устранению влияния "отскоков" значений магнитотеллурических параметров, связанных с искусственными электромагнитными источниками, ветровыми помехами и влиянием гроз. Следует отметить, что на большинстве кривых МТЗ и МВЗ в диапазоне периодов 0.0004—0.0009 с, проявляются "отскоки" МТ-параметров, достигающих одного-двух и более порядков. Однозначно природу этих "отскоков" установить не удалось. Анализ показывает, что они сильно выражены на пунктах зондирований, расположенных в районе "бурлящих" и "кипящих" гидротермальных источников. Предполагается, что аномальные эффекты могут быть вызваны электрокинетическими явлениями. Данное предположение требует проверки с помощью специальных более глубоких исследований в районе действия активных гидротермальных источников.
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ЗОНДИРОВАНИЙ
Вариации магнитотеллурического поля содержат информацию об электропроводности геологической среды. В методе МТЗ для получения этой информации используется соотношение между горизонтальными векторами электрического и магнитного полей на земной поверхности [Бердичевский, Дмитриев, 2009]:
Егор = И Нгор,
где [z]=
7 7
xx x
7yx 7V
или в развернутом виде:
Ех = ZxxHx + ZxyHy,
Еу ZyxHx + Zy
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.