ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 2 с. 39-55
УДК 553.078.2
ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ГЛИНЫ И ПИРИТ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ: ЗНАЧЕНИЕ В ГЕОХИМИИ СОВРЕМЕННЫХ ЭНДОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ (ЮЖНАЯ КАМЧАТКА)
© 2009 г. С. Н. Рычагов, Р. Г. Давлетбаев, О. В. Ковина
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006
Поступила в редакцию 09.07.2007 г.
Исследования выполнены на Паужетском и Нижне-Кошелевском геотермальных месторождениях, расположенных в южной части полуострова Камчатка в пределах Паужетско-Камбально-Кошелевско-го геотермального района. На изученных ранее комплексом геолого-геофизических и гидрогеотермических методов Верхне-Паужетском термальном поле и Нижне-Кошелевской термоаномалии проведен послойный отбор гидротермальных глин с помощью расчисток, проходки шурфов и ручного бурения колонковых скважин. Установлено, что гидротермальные глины образуют практически непрерывную толщу на поверхности термального поля и термоаномалии. Мощность толщи колеблется, в среднем, от 1.3 до 1.5 м. Дана характеристика химического и минералогического состава глин. Определены содержания Аи, Н^, РЬ, (всего - 41 элемент) в слоях глины, выделенных через каждые 15-20 см в вертикальных разрезах. Элементы обнаруживают неоднородное распределение как по простиранию, так и в вертикальных сечениях толщи гидротермальных глин, что может быть объяснено температурными, физико-химическими и гидрогеохимическими условиями формирования глин на конкретных участках термальных полей. Установлено, что толща гидротермальных глин, залегающих на дневной поверхности геотермальных полей, имеет значение как самостоятельное геологическое тело и является не только водоупорным и теплоизолирующим горизонтом, но и служит динамически активным геохимическим барьером в структуре современной гидротермальной системы. Одним из минералов-концентраторов рудных элементов в гидротермальных глинах, помимо сульфатов Са, Бе, М^, Ва и А1, и (возможно) алюмосиликатов, является пирит.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение поведения химических элементов, прежде всего металлов, на современных геотермальных полях, условий их концентрирования, механизмов привноса и перераспределения, источников элементов - эти вопросы остаются актуальными в геохимии гидротермальных минерало-рудообразующих процессов. Вопросы рассматривались во многих работах, посвященных зоне ги-пергенеза геотермальных полей и месторождений [14, 33, 38]. Но при этом объектами изучения была лишь самая верхняя часть горизонта гидротермальных глин (первые десятки сантиметров), поч-венно-пирокластические отложения, кремнистые плащи и травертины, солевые выпоты, донные осадки и залегающие на дневной поверхности горные породы. Однако, по-видимому, большую роль в геохимии современных минерало-рудообразую-щих процессов играет вся толща гидротермальных глин и аргиллизированных пород, которые широко распространены на площади геотермальных полей и часто служат верхним водоупорным и теплоизолирующим горизонтом для гидротермальных систем. В одной из редких работ, посвященных изучению послойного строения вертикальных разрезов гидротермальных глин, залегающих на поверхности термальных полей, показано изменение хими-
ческого и минералогического состава аргиллизитов и состава поровых растворов до глубины более двух метров [21]. С.И. Набоко и Е.М. Филькова на примере одного разреза, вскрытого на Верхне-Паужетском термальном поле, установили закономерную смену состава глин: каолинит + лимонит (0-20, до 30 см), каолинит + монтмориллонит + пирит (3050 см), монтмориллонит + пирит (50-120 см), монтмориллонит + морденит (120-250 см). Поровые сульфатные растворы в зоне сернокислотного выщелачивания характеризуются повышенной минерализацией (до 13 г/л), ниже минерализация растворов уменьшается, но остается относительно высокой [21]. Такие исследования являются единичными, недостаточно полными (основаны на характеристике одного разреза) и направлены на решение общих условий формирования и разгрузки перегретых щелочных или нейтральных хлоридно-натриевых вод на геотермальном месторождении.
В посвященных гидротермальным глинам и слагающим их минералам основополагающих работах В.А. Ерощева-Шака, С.И. Набоко, Г.А. Карпова, А.Д. Коробова, Б.И. Омельяненко, В.Л. Русинова и многих других ученых изучены условия образования аргиллизированных пород в областях современного вулканизма, залегающих как на дневной поверхности, так и на значительных глубинах, де-
тально рассмотрен минеральный состав зон серно-и углекислотного выщелачивания в общем контексте эволюции гидротермального метаморфизма вулканических пород, показаны механизмы образования глинистых и рудных минералов, в частности, пирита [9, 13, 14, 20, 24, 28]. В.А. Ерощевым-Шаком с соавторами изучены физико-химические условия формирования глинистых минералов и общая вертикальная зональность аргиллизитов, как отражение вулкано-гидротермального литогенеза в определенных гидрогеохимических средах, при изменении рН (от 2.2 до 6.0) и температур водных растворов и термальных грунтов (от <40 до >100°С) [10]. Непосредственно на примере Паужетского геотермального месторождения выделены и в деталях исследованы зоны гидротермальных изменений: от пропилитизации пород на глубине до 1 км -к вышезалегающим зонам аргиллизации и цеолити-зации и к зоне приповерхностного кислотного выщелачивания, по результатам бурения скважин построена схема гидротермальной зональности центральной части месторождения [20]. А.Д. Коробовым и С.Н. Рычаговым с коллегами рассмотрены особенности процесса аргиллизации, как показателя регрессивной направленности гидротермальных изменений пород в структуре гидротермальной системы, отмечено развитие гидротермальных глин по зонам разрывных тектонических нарушений до глубины более 300-500 м за счет инфильтрации остывающих смешанных термальных вод и их взаимодействия с вмещающими породами [15, 31].
Таким образом, гидротермальные глины областей современного вулканизма, в том числе Кури-ло-Камчатского региона, изучены с высокой степенью детальности. Тем не менее, один из важнейших вопросов остался вне поля зрения предыдущих исследований. На примере широко известных геотермальных месторождений Южной Камчатки -эксплуатируемого Паужетского и разведанного Нижне-Кошелевского - при выполнении систематических исследований строения залегающей на дневной поверхности толщи гидротермальных глин нами обращено внимание на данные образования, как "самостоятельное" геологическое тело, имеющее большое значение в эволюции гидротермальных систем [32]. Известно, что приповерхностные аргиллизированные породы, закрывающие практически непрерывным чехлом участки разгрузки парогидротерм на дневной поверхности геотермальных полей, часто являются мощным верхним водоупором и теплоизолятором в структуре гидротермальной системы [4, 31]. Изучение общих характеристик этого геологического тела (мощности, протяженности, химического и минерального состава слагающих его слоев, распространения и структуры горизонта "синих глин", свойств и микроэлементного состава образующегося в глинах пирита, как возможного минерала-концентратора рудных элементов) и картирование образую-
щихся в нем геохимических барьеров позволит получить дополнительные данные для понимания значения приповерхностного "чехла" аргиллизиро-ванных пород в эволюции флюидного режима дли-тельноживущих рудообразующих гидротермально-магматических систем островных дуг.
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА И ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Паужетский (Паужетско-Камбально-Кошелев-ский) геотермальный район [30, 42] расположен в пределах внутренней зоны Курило-Камчатской островной дуги [3, 7] и относится к южному сегменту Восточно-Камчатского вулканического пояса [8]. В целом, геологическое строение геотермального района характеризуется структурами и породами островодужного комплекса [7]. Нижний структурный ярус представлен вулканогенными и осадочными образованиями олигоцен-среднемио-ценового возраста, вмещающими многофазные интрузивные тела различного состава (от габбро до плагиогранитов), средний ярус образован оса-дочно-вулканогенными толщами среднего миоцена-плиоцена, верхний ярус отвечает за четвертичный этап развития островной дуги и сложен вулканическими породами плейстоцен-голоценового возраста. Характеристика геологического строения района дается, в основном, в [4], рис. 1. Паужетско-Камбально-Кошелевский геотермальный район непосредственно приурочен к выделенной ранее субкольцевой тектоно-магматической структуре [8], представляющей собой пологий аккумулятивно-тектонический свод размерами более 35 х 50 км, центр которого осложнен вулкано-тектонической депрессией четвертичного возраста размером в плане 20 х 25 км [38]. В пределах данной депрессии сформированы объекты, исследуемые в нашей работе: Паужетское геотермальное месторождение, термальные проявления (поля) Камбального вулканического хребта, Кошелевский вулканический массив и образованное на его западных склонах Нижне-Кошелевское геотермальное месторождение ( рис. 1). Необходимо подчеркнуть, что исследуемый район является уникальным с точки зрения изучения эндогенных минерало-рудообразующих процессов. Геотермальные проявления приурочены к длительноживущим вулкано-тектоническим структурам или непосредственно к действующим вулканам (Камбальному, Кошелевскому, Ильинскому) и пространственно, а, возможно, и парагене-тически связаны с золото-полиметаллическими ру-допроявлениями: разгрузка гидротерм в северной части озера Курильского - с рудоносным вулкано-плутоническим комплексом Выченкия [38]; Нижне-Кошелевское геотермальное месторождение - с золото-серебряной и полиметаллической минерализацией, распространенной во вторичных кварци-
Рис. 1. Схема геологического строения Паужетско-Камбальио-Кошелевского геотермального района Южной Камчатки. Составили В.И. Белоусов, В.Л. Леонов и H.A. Храмов с использованием материалов предыдущих исследований ([4]). 1 - аллювиальные, пролювиальные и ледниковые отложения, голоцен; 2 - пемзо-пирокластические отложения, голоцен; 3 - базальты и андезито-базальты действующих вулканов, голоцен; 4 - дацитовые
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.