научная статья по теме ГЕОТЕРМИЧЕСКИЕ И БАТИМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В БУХТЕ БРОУТОНА (ВУЛКАН УРАТМАН, О. СИМУШИР, КУРИЛЬСКИЕ О-ВА) Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГЕОТЕРМИЧЕСКИЕ И БАТИМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В БУХТЕ БРОУТОНА (ВУЛКАН УРАТМАН, О. СИМУШИР, КУРИЛЬСКИЕ О-ВА)»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 54-64

УДК 550.36+551.21+556(571.645)

ГЕОТЕРМИЧЕСКИЕ И БАТИМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В БУХТЕ БРОУТОНА (ВУЛКАН УРАТМАН, О. СИМУШИР, КУРИЛЬСКИЕ О-ВА)

© 2014 г. О. В. Веселов, Д. Н. Козлов

Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН 693022 Южно-Сахалинск, ул. Науки, 1Б, е-таП: veselov@imgg.ru; kozlovdn@bk.ru Поступила в редакцию 17.05.2013 г.

Приведены результаты комплексного анализа геотермических и батиметрических измерений в бухте Броутона на о. Симушир (Курильские о-ва). Высокие значения теплового потока через дно бухты характерны для современных вулканов Курильской островной системы. По результатам батиметрической съемки составлена цифровая схема и объемная модель котловины бухты, выявлен подводный вулканический купол. Сопоставление геотермических и батиметрических данных позволило обозначить положение внешнего и внутреннего кольцевых разломов, окаймляющих атрио вулкана Уратман. Полученные данные свидетельствуют о современном активном состоянии вулкана.

БО1: 10.7868/80203030614040063

Бухта Броутона, один из основных элементов сложного вулканического сооружения Уратман, представляется перспективным объектом для получения новой информации о геологическом строении и энергетическом состоянии этого объекта.

История формирования вулкана Уратман насчитывает несколько этапов. В результате наиболее мощной эксплозии древнего вулкана, существовавшего в позднем плейстоцене на северовосточном окончании о. Симушир, образовалась кальдера диаметром около 7 км, края которой разомкнуты в северной и восточной частях. При последующей активизации вулкана возник центральный конус Уратман с тремя наземными экструзивными куполами [Новейший..., 2005]. В итоге сформировался вулкан типа Сомма-Везувий [Пискунов, 1975; Геолого-геофизический., 1987; и др.]. Высота центрального конуса над уровнем моря в настоящее время достигает 678 м. Высота стенок соммы в ее западной части — 450 м. Атрио в восточном и южном секторах засыпано в результате эффузивных и денудационно-аккуму-лятивных процессов, тогда как северный и западный секторы заполнились морскими водами, образовав бухту Броутона. Максимальная глубина бухты по гидрографическим данным около 250 м.

Стратифицированная постройка соммы сложена лавовыми потоками, переслаиваемыми вулканическими брекчиями и шлаками. Состав лавовых потоков в основании соммы — авгит-гиперстеновые базальты. В северо-восточной части соммы над ними выявлены двупироксеновые базальты, андезиты, андезидациты [Пискунов,

1975; Федорченко и др., 1989]. Центральный конус сложен в основном лавами андезибазальтово-го состава. Состав куполов более сложный — от андезибазальтов до дацитов [Пискунов, 1975].

В результате геолого-геофизических исследований, проведенных на о. Симушир в 1983—1984 гг., получены новые данные о сейсмической структуре земной коры, плотностных особенностях вулканических построек острова. По сейсмическим данным под южным и северо-восточным участками бухты Броутона выявлены зоны затухания сейсмических волн, которые интерпретируются как периферические магматические очаги с минимальной глубиной верхней кромки [Аносов и др., 1988; Аносов и др., 1990; Злобин и др., 1998]. Проведенные гравиметрические наблюдения вдоль острова, от бухты Броутона до его южной оконечности, показали, что гравитационное поле в редукции Буге у подножия вулканов Мильна и Прево, а также в кальдерах Заварицкого и Броутона, характеризуется пониженными значениями, свидетельствующими о существовании под вулканами зон разуплотненных вулканических масс [Сеначин, Побережный, 1985]. Отрицательная интенсивная аномалия молодого конуса Уратман обусловлена, по мнению В.Н. Сеначина, наличием под ним низкоплотностной магматической колонны. Эти особенности строения вулканических построек острова свидетельствуют о неглубоком залегании магматических масс с аномально высокими температурами под вулканами о. Симушир, в том числе и под вулканом Уратман. Однако на дневной поверхности в кальдере двойного вулкана

Рис. 1. Схема бухты Броутона.

1 — геотермические станции; 2 — отметки высот; 3 — подводный купол; 4 — наземные экструзивные куполы; 5, 6 — местоположение профилей глубинных промеров: жирным пунктиром отмечены профили, представленные на рис. 5.

Уратман не обнаружено современных поствулканических проявлений. Исследование дна бухты Броутона, характеризующегося маломощным осадочным чехлом [Аносов и др., 1990] и малоамплитудными колебаниями придонной температуры, может дать дополнительную информацию о современном геодинамическом состоянии вулканической структуры Уратман. В связи с этими предположениями было выполнено сопоставление результатов исследования теплового потока в донных отложениях с детальными батиметрическими измерениями.

Геотермические исследования дна бухты Броу-тона и отбор донных осадков были проведены 24—25 июня 1984 г. с борта НИС "Морской геофизик" сотрудниками Института морской геологии и геофизики Г.Д. Ереминым и Г.В. Финаевым. Полученные экспериментальные данные обработаны и проанализированы О.В. Веселовым и В.В. Соиновым (ИМГиГ).

Батиметрические измерения осуществлены в полевой сезон 2011 г. сотрудником ИМГиГ ДВО РАН Д.Н. Козловым [Козлов и др., 2012] (рис. 1).

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ГЕОТЕРМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения внутриземного теплового потока (ТП) через дно акваторий выполняется раздельными методами посредством регистрации геотемпературного градиента в донных осадках и измерения теплопроводности поднятых образцов грунта в лабораторных условиях, что считается общепринятым в практике морских геотермических исследований [Любимова и др., 1973; Веселов и др., 1986; и др.]. Для измерения геотемпературного градиента в исследованиях бухты Броутона использовался термоградиентограф с кварцевыми датчиками частоты (КТГ-36), который имел канал измерения абсолютной температуры и канал измерения разности температур на базе 100 см [Веселов и др., 1973]. Частотная информация от

прибора передавалась на борт судна по геофизическому кабелю. Максимальная инструментальная погрешность не превышала 5%. Внедрение прибора осуществлялось при свободном падении с высоты порядка 5 м над поверхностью морского дна. Определения теплопроводности донных осадков проводилось на борту судна на аналоговой установке, работающей на основе метода "игольчатого зонда" [Любимова и др., 1976; и др.], и в лабораторных условиях по методу Ратклифа [Весе-лов и др., 1986]. Максимальная погрешность определения теплопроводности не превышала 5%.

Привязка обеспечивалась навигационной системой "Тропик" с учетом данных РЛС и спутниковой системой "Шхуна" с погрешностью не более 5 м. Глубина моря в местах постановки станций измерялась глубоководным эхолотом типа ГЭЛ-3.

РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ГЕОТЕРМИЧЕСКИХ И ЛИТОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В течение двухсуточных геотермических работ были выполнены 28 станций (см. рис. 1), характеристики которых представлены в таблице. Минимальная глубина дна при постановке станций составила 200 м, максимальная — 250 м, причем основной объем (19 станций) постановок проведен на глубинах 240—250 м. Проникновение термозонда в грунт в среднем равно 50 см, так как в составе осадков преобладали алевриты с включениями песка, грубозернистых пеплов и мелкого гравия, затрудняющих проникновение зонда в грунт. На всех станциях зарегистрированы частоты, пропорциональные разности температур между поверхностью дна и уровнем проникновения зонда в грунт. Отобранные образцы донных осадков были подвергнуты геологическому описанию (см. табл.) и определению теплопроводности.

В разрезе современных отложений бухты, отобранных при проведении геотермических станций, хорошо выражены прослои шлакового материала [Грецкая, Мелентьева, 1985]. До глубины 60 см выделяются пять прослоев, поддающихся корреляции в соответствии с литолого-микрофау-нистическими реперами. Прослои выделены в следующей последовательности глубин: первый — в интервале 0—4 см, второй — в интервале 8—14 см, третий — в интервале 19—24 см, четвертый — в интервале 34—38 см. В интервале 50—52 см колонки станции 12 выделен пятый прослой. По мнению геологов, схема площадного распределения прослоев свидетельствует об унаследованном положении участков, связанных с местным источником шлакового материала и преимущественном направлении его разноса. Во всех колонках грунта установлено обилие створок диатомей. Однако в разрезе колонки станции 15 в интервале

32—34 см обнаружено сокращение диатомовых и появление большого количества бентосных фо-раминифер, объясняемое проявлением атлантического оптимума, сформировавшегося 5—8 тыс. лет назад [Грецкая, Мелентьева, 1985]. В интервале 53—54 см колонки станции 12 также выявлено уменьшение количества диатомовых, что позволяет выделить здесь верхнюю границу атлантического оптимума. На основании этих временных оценок скорости осадконакопления в бухте составляют 6.8—10.8 см/тыс. лет. При средней скорости осадконакопления 8.8 см/тыс. лет возраст выделенных прослоев следует датировать таким образом: первый — 500 лет, второй — 1360 лет, третий — 2500 лет, четвертый — 4100 лет, пятый — 5900 лет [Грецкая, Мелентьева, 1985]. Следовательно, в течение второй половины голоцена произошло не менее 5 эпизодов активизации вулкана Уратман.

При анализе результатов геотермических исследований были учтены факторы, искажающие распределение приповерхностных температур, формирующихся внутриземным тепловым потоком. Главным искажающим фактором является сезонное изменение придонных температур, определяемое гидрологией бухты Броутона. Данные о гидрологическом режиме в районе бухты основаны на материалах многолетних наблюдений Дальневосточного управления по гидрометеорологии [Лучин, 1998; Luchin й а1., 2009].

Температурный режим водной толщи бухты Броутона определяется в основном антициклоническим круговоротом вод вокруг о. Симушир и температурами вод пролива Дианы на горизонтах 200—250 м. Вследствие конвективного и ветрового перемешивания температура придонных вод не сохраняется постоянной даже в наиболее глубоководной зоне бухты. Минимальная температу

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