научная статья по теме ГЕОФЛЮИДЫ АВАЧИНСКО-КОРЯКСКОГО ВУЛКАНОГЕННОГО БАССЕЙНА, КАМЧАТКА Геология

Текст научной статьи на тему «ГЕОФЛЮИДЫ АВАЧИНСКО-КОРЯКСКОГО ВУЛКАНОГЕННОГО БАССЕЙНА, КАМЧАТКА»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 5, с. 400-414

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УДК 551.233; 556.3

ГЕОФЛЮИДЫ АВАЧИНСКО-КОРЯКСКОГО ВУЛКАНОГЕННОГО БАССЕЙНА, КАМЧАТКА

© 2015 г. А. В. Кирюхин*, Ю. Ф. Манухин*, С. А. Федотов* В. Ю. Лаврушин**, Т. В. Рычкова*, Г. В. Рябинин***, А. Ю. Поляков*, П. О. Воронин*

* Институт Вулканологии и Сейсмологии ДВО РАН, Пийпа-9, г. П- Камчатский, 683006 Россия. E-mail: AVKiryukhin2@mail.ru ** Геологический институт РАН, Пыжевский-7, г. Москва, 119017 Россия.

*** Камчатский филиал Геофизической службы РАН, Пийпа-9, г. П- Камчатский, 683006 Россия.

Поступила в редакцию 10.07. 2014 г.

Авачинско-Корякский вулканогенный бассейн прилегает с севера к г. Петропавловск-Камчатский, включает пять верхнеплейстоценовых вулканов (два из которых, Авачинский и Корякский, активны) и суббассейны вулканогенно-осадочных неоген-четвертичных отложений. Зоны внедрения магматических флюидов четко определяются по распределению локальных землетрясений в постройках и фундаменте Корякского и Авачинского вулканов в диапазон глубин -6.0 +2.0 и -1.5 +2.5 км соответственно. Данные по изотопному составу воды (5D, 518O) показывают, что ледники этих вулканов являются областями водного питания для прилегающих термоминеральных источников (Корякские Нарзаны, Изотовский и Пиначевский) и Быстринского месторождения пресных подземных вод (МПВ). Содержание 513С в СО2 из углекислых источников на северных склонах Корякского вулкана свидетельствует о ее магматогенном генезисе. Высокая чувствительность термоминеральных источников к региональной и локальной сейсмической активности указывает на гидравлическую связь между зонами магматических внедрений под активными вулканами, c прилегающими гидротермальными системами и водно-метановыми резервуарами. Гидродинамическая TOUGH2-EOS9 модель Авачинско-Корякского вулканогенного бассейна разработана и откалибрована по данным измерений уровня воды в 13 глубоких скважинах, по результатам инверсионного моделирования суммарный расход водного питания четвертичного бассейна оценивается 6 м3/с, максимальный уровень подземных вод под вулканами +900 м абс. Водно-метановые резервуары примыкают к магматическим резервуарам вулканов, их площадь со значительными газовыми ресурсами оценивается в ~ 650 км2, формирование газовых залежей под вулканами может происходить в результате гидромеханического и термического воздействия магмы.

Ключевые слова: Корякский, Авачинский, вулканогенный, геотермальный, метан, источники, сейсмичность, ТОЦОИ2-моделирование.

ВВЕДЕНИЕ

Авачинско-Корякский вулканогенный бассейн [4] площадью 2530 км2 прилегает с севера к Петропавловск-Камчатскому и включает пять верхне-плейстоценовых вулканов (два из которых Авачинский (2750 м абс.) и Корякский (3456 м абс.) активны), суббассейны вулканогенно-осадочных неоген-четвертичных отложений мощностью до 1.4 км, расположенные в депрессии, образованной в кровле фундамента мелового возраста (рис. 1). Границы бассейна определяются естественными гидродинамическими границами (береговая линия Тихого океана на востоке, Ава-

чинская бухта на юге, реки Налычева и Авача на севере и западе соответственно). Вулканогенный бассейн содержит значительные ресурсы геотермальной энергии, термоминеральные источники, месторождения пресных подземных вод, водно-метановые резервуары, в то же время представляет потенциальную вулканическую опасность, поскольку Авачинский и Корякский вулканы расположены в 25-30 км от г. Петропавловск-Камчатский с населением около 250 тыс. человек. Конус Авачинского вулкана образовался 3500 лет назад, в историческое время (с 1737 г.) зафиксировано 15 извержений. В 2008-2009 гг. отмечено значительное усиление фумарольной активности

Рис. 1. Схематическая геологическая карта Корякско-Авачинского вулканогенного бассейна. Геологические подразделения: К2 - породы фундамента мелового возраста, N-Q1 - вулканогенно-осадочные неоген-четвертичные отложения, Q2_3 - суббассейн Пиначевских экструзий, AVB - артезианско-вулканогенный бассейн, Q3_4 - Авачинский, Корякский, Козельский вулканы и продукты их извержений вблизи Петропавловска-Камчатского. Термоминеральные источники (показаны черными закрашенными кружками): К1, К2, КЗ, К7, К8 - Корякские Нарза-ны, К - Изотовский, VD - Водопадный, С^ СН- Чистинские, Va - Бакинский, N3 - Налычевские (Лужа-3), 01- Грифон Иванова, NK - Налычевский котел, ZR - Желтореченский, Р - Пиначевские. Холодные источники: С5 и С7. Скважины показаны незакрашенными кружками с соответствующими номерами. Масштабная ось - 10 км.

Корякского вулкана. Внедрение газонасыщенной магмы в водоносные горизонты может привести к повышению вулканической активности и гидротермальным взрывам. В связи с этим создание термогидродинамических моделей Авачинско-Корякского вулканогенного бассейна необходимо для решения следующих задач: 1) определение расхода инфильтрационного питания и расчет поверхности уровня грунтовых вод в районе вулканов; 2) определение распределения температуры и проницаемости в районе вулканов; 3) оценка условий формирования и эксплуатационных запасов месторождений термоминеральных и пресных вод, а также газовых залежей в пределах бассейна; 4) анализ влияния сейсмической и вулканической активности на термогидрогеохими-ческий режим прилегающих к вулканам термоминеральных источников и гидрогеологических скважин.

АВАЧИНСКО-КОРЯКСКИЙ БАССЕЙН. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ И УСЛОВИЯ ПИТАНИЯ/РАЗГРУЗКИ ФЛЮИДОВ. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ

Авачинско-Корякский вулканогенный бассейн расположен в депрессии, сформированной в верхней части фундамента мелового возраста, характеризующейся низким температурным градиентом 240С/км. Фундамент бассейна сложен верхнемеловыми отложениями К2, представленными метаморфическими породами: метапесчанниками, метаалевролитами, филлитами с прослоями сланцев и микрокварцитов. Значения пористости - десятые доли процента. Породы практически непроницаемые 0.001^0.01 мД, однако присутствуют локальные зоны трещиноватости, из которых при испытании скважин получены притоки воды с де-

битами от 4.6 до 530 м3/сут в интервале глубин 1438-1490 м (скв. Е1). Средняя теплопроводность меловых отложений 2.8 Вт/м оС.

Неоген-нижнечетвертичный водоносный

комплекс сложен пирокластическими и вулка-ногенно-осадочными образованиями. Значения пористости довольно высокие: 0.36^0.48, удельные дебиты скважин от 0.0004 л/(с-м) (скв. Р2) до 0.01 л/(с • м) (скв. ГК-1, Пиначевская). Средняя теплопроводность палеоген-четвертичных отложений 1.5 Вт/м оС.

Водоносный комплекс Пиначевского экструзивного массива Q1-2 сложен экструзиями андезитов и риолитов и включает жерловые образования андезитов, дацитов и риолитов (мощность >200-500 м). По данным лабораторных исследований, пористость 0.12, проницаемость 24 мД.

Вложенный артезианско-вулканогенный бассейн (АВБ) включает водоносный комплекс водно-ледниковых образований: голоценовые аллювиальные отложения, верхнеплейстоцен-голоценовый морской и аллювиально-морской горизонты, верхнеплейстоценовый ледниковый и водно-ледниковый комплекс, водоносный голоце-новый пролювиальный и делювиально-пролюви-альный комплекс. По данным опробования скважин Быстринского месторождения подземных вод, диапазон проницаемости от 10 до 3000 мД.

Корякский и Авачинский вулканы ^3-4), сложенные андезибазальтами и базальтами, формируют область питания подземных вод вулканогенного бассейна.

ХАРАКТЕРИСТИКА АКТИВНОСТИ И УСЛОВИЙ МАГМАТИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ ВУЛКАНОВ

Средний расход активных вулканов Корякского и Авачинского за время их существования оценивается в 80 и 150 кг/с соответственно. Активизация фумарольной деятельности Корякского вулкана началась 23 ноября 2008 г. в виде усиления парогазовой активности в трещине на северо-западном склоне вулкана при тепловой мощности струи ~ 40 МВт и расходе ~ 15 кг/с парогазового флюида. К концу декабря тепловая мощность, расход пара увеличились до ~ 400 МВт и ~150 кг/с, в шлейфе верхнего (основного) жерла появилась примесь пепла. Верхнее, ближайшее к кратеру жерло, было основным и характеризовалось на порядок большим расходом пара, чем нижнее. В январе 2009 г. расходы пара из этих жерл составили ~170 кг/с и ~ 20 кг/с соответственно. С конца апреля акти-

визация продолжалась как парогазовая только из основного жерла (на начало июня 2009 г.). Средняя тепловая мощность и расход пара для вулкана Авачинский в конце 2008 г. - начале 2009 г. 10-15 МВт (4-5 кг/с). Тепловые мощности парогазовых шлейфов вулканов оценивались В.В. Ивановым [3] по формулам С.А.Федотова.

По сейсмическим данным (2009 г., КФ ГС РАН), координаты землетрясений приурочены к двум резервуарам: резервуар "А", центрированный в конусе вулкана Авачинский в диапазоне глубин -1.5 ^ + 2.5 км абс., имеющий поперечник около 2 км; и резервуар "К" - в постройке вулкана Корякский в диапазоне глубин -6.0 ^ +2.0 км абс., характеризующийся горизонтальными размерами 15 х 3 км и простирающийся в субмеридиональном направлении (рис. 2). Указанные резервуары, очевидно, характеризуются повышенной проницаемостью и температурой, так как трассируют зоны гидроразрыва при внедрении магмы, питающей Корякский и Авачинский вулканы.

УСЛОВИЯ ВОДНОГО ПИТАНИЯ И РАЗГРУЗКИ В ВУЛКАНОГЕННОМ БАССЕЙНЕ

Интервалы опробования глубоких скважин (табл. 1), вскрывших фундамент Корякско-Ава-чинского бассейна (К2, P3-N1), характеризуются химическим составом, соответствующим разбавлению океанической седиментационной воды за счет инфильтрации метеорных вод. Это Cl-Na воды с незначительными содержаниями НСО3, Са, Mg и SO4. Соотношение Cl/Na близко к значениям морской воды, признаков значительной метамор-физации воды не отмечается. Некоторое увеличение Са и Mg может быть связано с процессами выщелачивания CO2 из вмещающих пород.

По газовому составу флюиды фундамента вулканического основания (кроме северного склона Корякского вулкана) характеризуются повсеместным распространением метана (около 70 об.%), обнаруженного в скважинах на Радыгис-кой площади (скв. R3), скважинах Ке

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 «Геология»