ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2013, № 2, с. 12-26
УДК 550.837
ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ ПО ГЕОФИЗИЧЕСКИМ ДАННЫМ
© 2013 г. Ю. Ф. Мороз, О. М. Самойлова
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e- mail: morozyf@kscnet.ru Поступила в редакцию 19.04.2012 г.
Рассмотрены методика интерпретации и результаты магнитотеллурических зондирований в комплексе с данными других геолого-геофизических исследований. Методика интерпретации определена на основе изучения возможных искажений кривых МТЗ с помощью численного трехмерного моделирования магнитотеллурического поля. Для изучения глубинной электропроводности приняты продольные кривые МТЗ до периода 400 с, которые практически не затронуты влиянием индукционного эффекта за счет морских электрических токов. Поперечные кривые использованы для уточнения геоэлектрической модели. В результате инверсии средних продольных кривых МТЗ получен геоэлектрический разрез литосферы до глубины 60 км. Выявлены аномалии повышенной электропроводности в литосфере, которые находят отражение в поле силы тяжести и в скорости сейсмических волн. По данным МТЗ и сейсмической томографии определена возможная природа аномалии повышенной электропроводности и выполнена оценка пористости пород и содержания магматических расплавов.
Б01: 10.7868/80203030613020065
ВВЕДЕНИЕ
Вулканическая зона Южной Камчатки характеризуется современным вулканизмом и высокой гидротермальной активностью. Изучение глубинного строения зоны представляет повышенный интерес. Мы располагаем данными аэромагнитной и гравиметрической съемок. В соседних районах проведены магнитотеллурические исследования, дающие обобщенное представление о распределении глубинной электропроводности Южной Камчатки [Мороз и др., 1990; Мороз, 1991; Мороз и др., 2008]. В рассматриваемом районе выполнены детальные исследования методом МТЗ и другими электромагнитными методами в окрестности вулкана Горелый [Мороз, Скрипни-ков, 1995] и на Мутновском месторождении паро-гидротерм [Мороз, Скрипников, 1985; Нурмуха-медов и др., 2010], которые характеризуют электропроводность верхних частей земной коры. Глубинное строение северной части вулканической зоны изучено методом сейсмической томографии [Гонтовая и др., 2010].
В последние годы в районе вулканической зоны выполнены магнитотеллурические зондирования (МТЗ) по профилю протяженностью около 150 км. Северо-восточная часть профиля расположена напротив Авачинской бухты, юго-восточный конец профиля выходит на побережье Тихого океана (рис. 1). В районе профиля находятся вулканы Горелый, Мутновский, Асача, Ходутка.
Полученные данные дают возможность получить новую информацию о распределении электропроводности литосферы в слабоизученном районе юго-восточного побережья Камчатки. Методике интерпретации и анализу результатов данных МТЗ посвящена настоящая статья.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
В геологическом строении региона принимают участие докайнозойские, палеогеновые, неогеновые и четвертичные отложения. Здесь выделяются две крупные структуры: Южно-Камчатский анти-клинорий и Начикинская складчато-блоковая зона (см. рис. 1) [Геология ..., 1964; Апрелков, 1971]. Характерно, что Южно-Камчатский антиклинорий имеет северо-восточное простирание, а Начикин-ская складчато-блоковая зона — северо-западное, т.е. является поперечной структурой по отношению и простиранию основных структурных зон Камчатки. Начикинская складчато-блоковая зона входит в состав Малко-Петропавловской зоны поперечных дислокаций [Геология ..., 1964]. О северо-западной ориентировке зон свидетельствуют карты магнитного и гравитационного полей [Ривош, 1963; Декин, Зубин, 1976]. На них хорошо выражены зоны градиентов, вытянутых в северо-западном направлении. Указанная зона характеризуется повышенной напряженностью
Рис. 1. Схема расположения профиля МТЗ.
1 — пункты МТЗ; 2 — вулканы; 3 — граница поперечной структуры [Апрелков, 1971; Геология ..., 1964]; 4 — границы вулканического пояса [Геология ..., 1964]; 5 — гидротермальные источники [Карта ..., 1999]; 6 — рудопроявления [Карта ..., 1999]; I — Южно-Камчатский антиклинорий, II — Начикинская складчато-блоковая зона.
магнитного и гравитационного полей, отражающей наличие в разрезе более плотных и намагниченных пород. Это связано с тем, что здесь приближены к дневной поверхности и выходят на поверхность более древние метаморфизованные породы, представляющие собой, по-видимому, домеловой фундамент. В пределах зоны выделяется ряд неотектонических структур, имеющих северо-восточное простирание. Начикинская складчатая зона на юге сопряжена по глубинному разлому с Южно-Камчатским антиклинорием. Он орографически совпадает с Южно-Быстрин-ским хребтом. Геологическое строение антикли-нория отличается значительной сложностью, что связано с большим числом крупных разломов, опрокидыванием местами слоев на восток и северо-восток, наличием надвигов, пестрым составом разновозрастных, преимущественно, неогеновых
эффузивных и интрузивных пород. По Г.М. Власову осевая часть антиклинория совпадает с береговой границей Тихого океана, а его юго-восточное крыло погружено под воду. Наряду с рассматриваемыми крупными структурами района здесь выделяется наложенный вулканический пояс с современными действующими вулканами. В районе профиля отмечаются гидротермальные источники и рудопроявления [Карта ..., 1999].
Гравитационное поле дает представление о распределении плотностных неоднородностей в земной коре и верхней мантии [Декин, Зубин, 1976]. Положительные аномалии поля силы тяжести обусловлены магматическими интрузивными и эффузивными образованиями. Отрицательные аномалии поля силы тяжести, по-видимому, отражают наличие в земной коре пород с пониженной плотностью. На побережье Тихого
океана происходит возрастание интенсивности поля силы тяжести, которое может быть связано с увеличением плотности и сокращения мощности земной коры.
Данные аэромагнитной съемки [Ривош, 1963] свидетельствуют о ярко выраженном полосовом характере магнитного поля, соответствующему зональному распределению главных тектонических и орографических элементов. Вулканический район (вулканы Горелый, Асача, Ходутка, Мутновский) характеризуется положительными аномалиями магнитного поля. Эти аномалии отражают наличие в разрезе вулканогенных магматических образований верхнемелового, палеоген-нижнемиоценового, позднемиоцен-плиоценово-го и четвертичного возраста. Значительные по протяженности линейные аномальные зоны предполагают существование глубинных разломов. Западная часть Южно-Камчатского анти-клинория характеризуется отрицательным магнитным полем. В сторону Тихого океана происходит возрастание напряженности магнитного поля, что связано с приближением к дневной поверхности намагниченных пород.
По данным сейсмической томографии [Гонтовая и др., 2010] установлено, что земная кора содержит аномалии, в пределах которых отмечается понижение сейсмической скорости на 4—6%. В верхней мантии выявлен астеносферный слой на глубине 70—80 км. Он согласуется с астеносфер-ным слоем повышенной электропроводности [Мороз, 1991].
По данным региональных исследований МТЗ, с привлечением информации по другим геофизическим методам, получено представление об интегральной проводимости осадочно-вулканоген-ного чехла Южной Камчатки [Мороз, 1991]. В районе Южно-Камчатского антиклинория и На-чикинской складчато-блоковой зоны интегральная проводимость осадочно-вулканогенного чехла не превышает 100 См (рис. 2). В океане за счет высокой проводимости морской воды она возрастает до десятков тысяч См. За счет изменения проводимости верхнего слоя на суше и в океане на несколько порядков возникает сильный береговой эффект, который будет изучен ниже.
О геоэлектрическом разрезе исследуемого региона можно судить только по обобщенным данным для Южной Камчатки [Мороз, 1985; Мороз и др., 2001]. В верхней части разреза залегают четвертичные вулканогенные и осадочные образования с удельным электрическим сопротивлением сотни-первые тысячи Ом • м и более, мощностью первые сотни метров. Ниже залегает кайнозойская толща со средним продольным электрическим сопротивлением от первых единиц до первых десятков Ом • м, мощностью от 0 до 4 км. Она подстилается комплексом верхнемеловых оса-
дочно-вулканогенных образований со средним продольным электрическим сопротивлением от десятков до первых сотен Ом • м. Консолидированный фундамент имеет удельное электрическое сопротивление в первые тысячи Ом • м. Вулканические постройки характеризуются удельным электрическим сопротивлением от первых сотен до первых тысяч и более Ом • м. Глубинная часть разреза содержит коровый и астеносфер-ный проводящие слои [Мороз, 1991; Мороз и др., 2008].
МЕТОДИКА РАБОТ
Наблюдения магнитотеллурического поля выполнены с помощью аппаратуры канадской фирмы "Phoenix Geophysics Ltd". При полевых измерениях использованы станции MTU-5A и MTU-2E. Для регистрации электрического поля использована пя-тиэлектродная крестообразная измерительная установка, заземленная с неполяризующимися электродами. Электрические линии имеют длину 80 м. Они ориентировались по азимутам 30° (Еу) и 120° (Ех). Горизонтальные магнитные датчики укладывались в ямы глубиной около 30 см и сверху присыпались землей. Измерения МТ-поля осуществлялись несколькими станциями MTU, разнесенными друг от друга на определенное расстояние. При наличии промышленных помех для повышения качества измерений МТ-поля применялась методика синхронных измерений с использованием удаленной базовой станции. На участках профиля с низким уровнем промышленных помех в качестве базовой использовалась одна из точек профиля. Обработка первичных МТ-данных выполнена предприятием ООО "Северо-Запад" с помощью специальных программ. Важное внимание уделялось редакции результатов по устранению влияния "отскоков" значений маг-нитотеллурических параметров, связанных с промышленными, ветровыми помехами и влиянием гроз. В результате обработки получены тензоры импеданса в диапазоне периодов от 0.0001 до 1000 с и
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.