научная статья по теме ГИГАНТСКИЕ ГАЗО-ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ ПАРОДОМИНИРУЮЩИХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И РУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГИГАНТСКИЕ ГАЗО-ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ ПАРОДОМИНИРУЮЩИХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И РУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2014, № 2, с. 3-28

УДК 553.078.2

ГИГАНТСКИЕ ГАЗО-ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ ПАРОДОМИНИРУЮЩИХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И РУДНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ

© 2014 г. С. Н. Рычагов

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: rychsn@kscnet.ru Поступила в редакцию 21.01.2013 г.

Дана характеристика уникальных геологических структур Земли — гигантских газо-гидротермаль-ных систем, в недрах которых на современном этапе развития формируются крупнейшие в мире па-родоминирующие геотермальные месторождения. На основе обобщения литературных данных и материалов собственных исследований показано, что системы образуются в зонах глубинных разломов на сочленении океанических и континентальных плит, в структурах вулканических островных дуг, в областях тектоно-магматической активизации земной коры. Системы являются сквозь-коровыми и обладают огромным геотермальным и рудным потенциалами. Установлено, что в этих системах восходящий высокотемпературный газо-водный флюид, а также все типы смешанных вод и минеральные новообразования в зоне гипергенеза геотермальных аномалий участвуют в процессах транспорта, накопления и перераспределения комплексных соединений многих металлов (Fe, Al, Ti, Au, Ag, Hg, As, Sb, др.). Сделано заключение, что газо-гидротермальные системы и образующиеся в их недрах пародоминирующие геотермальные месторождения отражают условия зарождения мезо- и эпитермальных золото-полиметаллических и Au-Ag-Cu-Mo-... порфировых месторождений.

DOI: 10.7868/S0203030614020060

ВВЕДЕНИЕ

В областях современного и четвертичного вулканизма выделены крупные осесимметричные геологические структуры, характеризующиеся высокой насыщенностью вмещающих пород тре-щинно-поровыми растворами и перегретым (сухим) паро-газовым флюидом. Структуры расположены в зонах сочленения региональных тектонических блоков, в сквозькоровых разломах и, как правило, локализуются в центральных частях вулканогенно-рудных центров. Они контролируют современные газо-гидротермальные системы и крупнейшие пародоминирующие геотермальные месторождения (с энергетическим потенциалом >100 МВт) [Bertani et al., 2005; Norton, Hulen, 2001; Rychagov, 2005]. К наиболее известным из таких систем относятся Гейзерс (США), Ларде-релло-Травале (Италия), Какконде и Матсукава (Япония), Камоджанг и Дараджат (Индонезия), Кошелевская и, возможно, Северо-Парамушир-ская (Россия, Дальний Восток) [Белоусов и др., 2002; Поздеев, Нажалова, 2008; Bellani et al., 2004; Hanano, Sakagawa, 1990; Rejeki et al., 2010; Stimac et al., 2001]. Обычно эти системы рассматриваются только с позиции оценки геотермальных ресурсов. Но в последнее время показано, что в пределах таких структур создаются условия для образования

золото-полиметаллических и редкометальных эпи-и мезотермальных месторождений и минерализации Аи-Аё-Си-Мо-... порфирового типа [Рычагов и др., 2002; НеёещиМ й а1., 1996]; имеются предпосылки для обнаружения нефтегазовых проявлений, а также разнообразных нерудных полезных ископаемых [Поздеев, Нажалова, 2008]. Ранее они были определены как длительноживущие сквозькоро-вые рудообразующие гидротермально-магматические системы, обладающие высоким геотермальным потенциалом [Рычагов, 2003]. Но наши более детальные исследования позволяют выделить определенный тип гидротермально-магматических систем — газо-гидротермальные в связи с особой ролью газов различного состава в транспорте теплоносителя и химических соединений. В настоящей статье рассматриваются газо-гидротермальные системы, на современном этапе развития которых образуются крупнейшие в мире пародоминирующие геотермальные месторождения. Таким образом, задача настоящей работы состояла в изучении особенностей строения и получении основных общих характеристик этих уникальных геологических структур Земли для оценки их роли в генерации и транспорте тепловой энергии и глубинных рудо-образующих флюидов.

Рис. 1. Геотермальные районы и современные гидротермальные системы США [8Ишас е! а1., 2001]. а — карта теплового поля западной части США, б — геотермальный район Гейзере — Ясное Озеро. 1 — территории, отличающиеся аномально высоким кондуктивным и конвективным тепловыми потоками; 2 — высокотемпературные (>150°С) гидротермальные системы; 3 — граница поля вулканических пород, имеющих возраст 1.3— 2.1 млн лет; 4 — поля развития пород вулкана Ясное Озеро; 5 — кальдера вулкана Ясное Озеро; 6—8 — поля вулканитов, имеющих возраст 0.8—1.2 млн лет (6), 0.3—0.6 млн лет (7) и 0.01—0.2 млн лет (8); 9 — гидротермальная система Вилбур Спрингс; 10 — рудник Сульфур Бэнк; 11 — границы геотермальной системы Гейзерс.

ХАРАКТЕРИСТИКА ГИГАНТСКИХ ГАЗО-ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ И КРУПНЕЙШИХ ПАРОДОМИНИРУЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МИРА

Гейзерс (США). Газо-гидротермальная система Гейзерс и одноименное пародоминирующее геотермальное месторождение расположены в штате Калифорния (рис. 1). На северо-западе США сосредоточены основные геотермальные ресурсы страны, обусловленные высокими кондуктивным и конвективным тепловыми потоками и наличием большого числа современных высокотемпературных гидротермальных систем. Территория штата Калифорния характеризуется максимальной мощностью теплового потока в этом регионе

и наибольшими температурными градиентами [Lachenbruch, Sass, 1980], что связано с наложением конвективной зоны на высокотемпературную кондуктивную тепловую аномалию. Считается, что повышенный конвективный тепловой поток определяется близповерхностными остывающими кислыми интрузиями. Кровля интрузий располагается на глубинах 3—4 км, корневые зоны погружаются в горячие (>700°C) интрузивные породы основного состава, расположенные на глубине более 8 км [Walters, Combs, 1989].

Геотермальный район, в состав которого входит система Гейзерс и вулканическое поле Ясное Озеро (см. рис. 1), приурочен к серии разломов, оперяющих трансатлантический разлом Сан-Ан-

дреас на участке сочленения трех плит: Тихоокеанской, Североамериканской и плиты Горда. Это так называемое Тройное Сочленение Мендосино [Castillo, Ellsworth, 1993; Jennings, 1992]. Региональный тектонический анализ и возрастная корреляция между вулканизмом Берегового хребта и Тройным Сочленением Мендосино привели к выводу о том, что магматизм в регионе обусловлен мантийным апвеллингом в южной оконечности плиты Горда [Benz et al., 1992; Dickinson, Snyder, 1979]. Предполагается, что, начиная с нижнего миоцена, вулканические поля периодически формировались над мигрирующим окном в тектонической плите над астеносферой. Разлом Сан-Андреас на широте вулканического поля Ясное Озеро асейсмичен, здесь преобладает режим растяжения, что привело к внедрению крупных гра-нитоидных интрузий в верхние горизонты земной коры и формированию геотермальной аномалии.

Вулканизм геотермального района развивался от плейстоцена (образование кальдеры и вулканических полей Ясное Озеро) до голоцена (лаво-эксплозивная деятельность в северной части района). Малообъемные излияния лав андезибазаль-тов менялись на крупнообъемные извержения кислых расплавов, которые обычно начинались с высокотемпературных афировых риолитов и постепенно сменялись более раскристаллизованны-ми риолитовыми и дацитовыми лавами [Stimac, 1991]. В районе выделяется несколько современных гидротермальных систем. К голоценовым вулканитам на севере района приурочена система преимущественно водного типа (температура растворов на глубине 1.0—1.5 км составляет 210—220°C) и рудник Сульфур Бэнк — одно из крупнейших в мире месторождений ртути с попутной добычей бора и серы (начало эксплуатации рудника относится к 1856 г., завершение — к 1957 г.). В северо-восточной части вулканического поля находится низкотемпературная (<140°C) вододоминирующая система Вилбур Спрингс. Знаменитая газо-гидротермальная система Гейзерс и крупнейшее в мире пародоминирую-щее геотермальное месторождение расположены в поле среднечетвертичных вулканитов преимущественно кислого состава.

На основании химических, петрологических и изотопно-геохимических данных установлено, что большая часть мафических лав является в разной степени контаминированными коровыми расплавами, включающими обломки кристаллических пород [Futa et al., 1981; Stimac, 1993]. Ксенолиты представлены норитовыми и габброид-ными плутоническими и высокометаморфизован-ными породами: фрагментами габбровых интрузий и пород их контактовых ореолов. Р-Т-условия формирования пород ксенолитов (780—900°C и 4—6 кбар) свидетельствуют о том, что часть мафической магматической системы располагается в средней земной коре (12—18 км). Выделяются два уров-

ня магматической системы (рис. 2). Глубинная часть представлена мафическими интрузиями, ме-таморфитами гранулитовых фаций и локальными выплавками метаосадочных протолитов, постепенно сменяющимися контаминированными и гибридизированными магмами среднего и кислого состава, образующими крупный неоднородный магматический очаг на глубинах от 4—5 до 11—12 км [Stimac et al., 2001]. Этот очаг продуцировал анде-зибазальтовые и риолитовые лавы. По меньшей мере один такой плутонический комплекс кислого состава вскрыт глубокими скважинами в районе геотермальной системы Гейзерс. Комплекс представлен гранит-порфирами и фельзитами в краевых частях плутона.

Гейзерс является крупнейшей газо-гидротер-мальной системой мира. Установленная мощность ГеоЭС, базирующаяся на эксплуатации одноименного пародоминирующего геотермального месторождения, составила 1522 МВтэ (в целом по США мощность всех ГеоЭС оценивается в 3093 МВтэ), производство геотермальной электрической энергии в 2010 г. было на уровне 8000 ГВт/ч (аналогичный показатель в целом для США 16600 ГВт/ч) [Lund et al., 2010]. Система является также одним из наиболее изученных участков земной коры: здесь пробурено 780 скважин, в т.ч. глубиной до 4 км и более. Скважинами вскрыта длительноживущая гидротермальная система, приуроченная к апикальным частям плутонического комплекса гра-нит-порфиров и фельзитов (см. рис. 2). Система имеет трехъярусное строение. Нижняя, преимущественно жидкостная, пал

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