ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2014, № 5, с. 12-26
УДК 551.21/23
ГЕОХИМИЯ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД И ФУМАРОЛЬНЫХ ГАЗОВ о. ШИАШКОТАН (КУРИЛЬСКИЕ ОСТРОВА)
© 2014 г. Е. Г. Калачева, Т. А. Котенко, Л. В. Котенко, Е. В. Волошина
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: keg@kscnet.ru Поступила в редакцию 24.04.2013 г.
На основе геохимических исследований скорректированы представления об условиях формирования и разгрузки термальных вод о. Шиашкотан. Термальные источники, распространенные на острове, являются поверхностными проявлениями Северо-Шиашкотанской и Кунтоминтарской гидротермальных систем. Северо-Шиашкотанская гидротермальная система имеет классическую гидрохимическую зональность. Разгрузка Кунтоминтарской гидротермальной системы ограничена двумя термальными полями, расположенными в центральном и северо-восточном кратерах одноименного вулкана. Высокая температура газов вулкана Кунтоминтар на поверхности и повышенные прогностические отношения S/Cl, S/C, CO2/H2 в его составе свидетельствуют о возможной активизации его фумарольной деятельности.
DOI: 10.7868/S0203030614050034
Шиашкотан — один из островов Онекотанско-го блока Большой Курильской дуги (рис. 1) длиной 26 км. Основными морфологическими структурами острова являются два многоцентровых вулканических массива среднего плейстоцена-голоцена [Стратула, 1969] Синарка и Кунтоминтар. В строении вулканических массивов отмечена [Мархинин, Стратула, 1966] смена вверх по разрезу примерно одинаковых комплексов пород, состоящих из переслаивающихся толщ лавовых и пирокластических потоков базальтового, андезибазальтового и андезитового составов. Фундамент четвертичных вулканов обнажается узкой полосой вдоль Тихоокеанского берега (см. рис. 1) и на перешейке Макарова, разделяющий остров на две части.
В истории формирования каждого из вулканов 1
выделены три этапа. На начальном этапе были сформированы первые соммы вулканов. Второй этап завершился образованием вершинных эксплозивных кальдер. Активность вулкана Кунто-минтар в голоценовый период проявилась в возникновении нескольких кратеров в вершинной кальдере. С эксплозивной деятельностью одного из них связано возникновение пирокластическо-го конуса, проявляющего в настоящее время активную фумарольную деятельность (см. рис. 1). В этот же период произошло образование котлови-
ны-кальдеры в западной части постройки вулкана, в формировании которой, помимо ледниковой эрозии и вулкано-тектонических опусканий, существенную роль также сыграли направленные взрывы одного из кратеров вершинной кальдеры. На третьем этапе формирования вулкана Синар-ка в северо-восточной части кальдеры возник внутренний конус, частично разрушенный последующими направленными взрывами. Этап завершился выжиманием центрального экструзивного купола в 1987 г. [Горшков, 1967] и выбросами раскаленных лавин. Развитие четвертичного вулканизма о. Шиашкотан происходило на фоне интенсивных тектонических и вулкано-тектониче-ских движений, фиксированных радиальными и секторными разломами (см. рис. 1), вдоль которых сосредоточена современная гидротермальная активность [Мархинин, Стратула, 1966].
На склонах вулканов и в береговой зоне разгружаются гидротермы различного химического состава и физико-химических показателей, которые детально исследовались в 1960—1970 гг. [Чирков и др., 1972; Мархинин, Стратула, 1977]. В этот
2
же период Л.Н. Барабановым были выделены в пределах на острова две гидротермальные системы: Северо-Шиашкотанская и Кунтоминтар-ская, оценена их тепловая мощность. В 2007— 2008 гг. были частично обследованы термальные
1 Стратула Д.С. Вулканы о. Шиашкотан и проблема вулканических рядов. Петропавловск-Камчатский. 1968. Фонды ИВиС ДВО РАН. 435 с.
' Барабанов Л.Н. Гидротермы Курильской вулканической области. Петропавловск-Камчатский. 1976. Т. 1. Фонды ИВиС ДВО РАН. 459 с.
|11
Рис. 1. Геолого-геоморфологическая карта-схема о. Шиашкотан (составлена по [Атлас..., 2007, Новейший..., 2005]). На врезке: расположение о. Шиашкотан в Курильской островной гряде по [Атлас., 2007]).
Отложения голоценового возраста (андезиты): 1 — крупные вулканические постройки; 2 — экструзивные купола; 3 — пемзовые пирокластические покровы; 4 — обвально-осыпные отложения. Отложения позднеплейстоцен-голоце-нового возраста (базальт-андезитовые породы): 5 — фрагменты вулканических построек, выраженные в рельефе; 6 — лавовые потоки. Отложения средне-позднеплейстоценового возраста (андезиты, андезибазальты, базальты): 7 — фрагменты вулканических построек, не сохранившие первичного рельефа; 8 — абразионные морские террасы; 9 — вулканоген-но-осадочные породы (туффиты, туфы и лавы от базальтового до андезитового состава) неогенового возраста; 10 — вулка-но-сейсмотектонические обвалы; 11 — эрозионные уступы; 12 — разрывные нарушения, выраженные в рельефе.
¿У
5 . ___б
10
поля вулкана Синарка [Жарков и др., 2011]. В июне—июле 2011 года авторам удалось провести повторное опробование термальных источников острова и отобрать пробы газа в кратере вулкана Кунтоминтар.
Целью данной работы является: 1) описание термопроявлений острова по состоянию на 2011 г;
2) определение степени изменений на термальных площадках, произошедших за последние 50 лет;
3) изучение геохимических особенностей термальных вод и газа; 4) рассмотрение условий формирования термальных вод.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА РАБОТ
Измерения физико-химических параметров вод термальных источников и речных вод (рН, Eh, количество растворенных солей и температура, °C) проводились непосредственно в точках отбора проб с помощью портативного анализатора Multi 340i/SET немецкой фирмы WTW. Для отделения растворенной части и тонких коллоидов от взвеси пробы воды отфильтровывались на месте отбора через мембранный фильтр 0.45 ц. Далее пробы помещались в специальную пластиковую тару объемом 0.5 л для проведения общего химического анализа.
Для забора фумарольных газов применялся барботажный жидкостный поглотительный метод отбора в вакуумированные барботеры емкостью 270—300 мл из кварцевого стекла с щелочным поглотителем (4М раствор КОН) [Никитина и др., 1989]. В работе применяли титановую газоотборную трубку. Конденсат фумарольного газа отбирался в сухой барботер с принудительной прокачкой газа и охлаждением стенок снегом.
Аналитические исследования выполнялись в Аналитическом центре ИВиС ДВО РАН (аналитики В.Н. Шапарь, И.Ф. Тимофеева, А.А. Кузьмина). Абсорбированные компоненты в пробах газа (H2S, SO2, HCl, CO2) определялись стандартными методами: потенциометрическим, иодо-метрическим, титрометрическим. Неабсорбиро-ванные газы (Н2, СО, СН4, N2, О2, Аг, Не) определялись методом газовой хроматографии. Общий химический анализ водных проб, включающий определение ионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+, Fe2+, HCO-, Cl-, F-, HSO4, SO^-, H3BO3, H4SiO4, проводился потенциометрическим, объемным, колориметрическим методами.
Обработка гидрогеохимических данных, расчет глубинных температур на базе катионных геотермометров и графическое отображение химического состава термальных вод проводились с помощью компьютерной программы AQUACHEM 5.1 [AquaChim..., 2006]. Классификация вод основана на принципах, опубликованных IAH (Международная ассоциация гидрогеологов) [Inguaggiato et al.,
2000]. Общее количество катионов и анионов приведено к 100% и ионы, содержание которых в водной пробе больше 20%, определяют тип вод.
ТЕРМАЛЬНЫЕ ПОЛЯ И ИСТОЧНИКИ ОСТРОВА
В пределах острова выделено [Мархинин, Стратула, 1977] девять групп термальных источников, три из которых (кратер вулкана Кунтоминтар, Центральный эффузивный купол и северо-восточный склон вулкана Синарка) приурочены к постройкам четвертичных вулканов (рис. 2). Остальные шесть групп располагаются в береговой зоне острова.
Термальные поля вулкана Кунтоминтар. Термопроявления сосредоточены в центральном и северо-восточном кратерах вулкана (см. рис. 2в). В центральном кратере они представлены многочисленными выходами парогазовых струй и термальными источниками, сформированными вдоль русла ручья Кратерного. Разделение донных фумарол на отдельные участки контролируется расчленением рельефа руслами ручьев, врезанными на глубину более 2 м. По состоянию на июнь—июль 2011 г. наблюдается следующая локализация групп парогазовых выходов. К удлиненному холму высотой 10—15 м, расположенному в центральной части дна кратера, приурочены более десяти мощных парогазовых струй со скоростью истечения на устье 15—20 м/с. Несмотря на то, что гребень и северный склон холма сложены серными отложениями, формирование серных конусов в местах выходов современных фумарол не происходит. Северная группа фумарол расположена в правом борту кратера и представляет собой одно большое термальное поле без крупных разгрузок. Южную группу фумарол, расположенную на склоне левого борта кратера, условно можно разделить на две подгруппы. Одна из них находится в нижней части склона, в состав ее входят четыре парогазовые струи. Другая подгруппа расположена на 60—70 м выше первой и представлена семью мощными выходами пара и газа. На дне кратера, в руслах временных водотоков расположены фумаролы F1—F4 (см. рис. 2). Эти парогазовые выходы сопровождаются обильным отложением серы, формирующей постройки разной формы. Температура газов фумарол F1—F4 не превышает 156°С. Газы фумаролы F5, которая представляет собой обугленную трещину длиной 1.5 м, имеют температуру на выходе из устья 480°С.
Выходы термальных вод сосредоточены вдоль ручья Кратерного, основного водотока центрального кратера. Всего было обнаружено [Мархинин, Стратула, 1977] около 20 однотипных выходов ультракислых (рН 1.5—1.9) высокотемпературных (до 80°С) термальных вод с небольшими дебитами (<0.3 л/с) и минерализаций (далее М)
* 1 2 * 3 * 4 • 5 F5 6 а'' б 7 8
9
Рис. 2. Топографическая схема о. Шиашкотан и расположение термопроявлений.
1 — термальные поля: I — кратера влк. Кунтоминтар (в); II — Центрального экструзивного купола влк. Синарка (ЦЭК) (б); III — Северо-Восточное гидросольфатарное поле влк. Синарка (СВГП) (а
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.