УДК 528.:551.21
НЕОБЫЧНЫЕ ВИДЫ ДЕГАЗАЦИИ ИЗ РАСПЛАВОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ МАГМАТИЧЕСКИХ КАМЕР "СПЯЩЕГО" ВУЛКАНА ЭЛЬБРУС (РОССИЯ): ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
© 2011 г. А. Г. Гурбанов1, О. А. Богатиков1, Б. С. Карамурзов2, Л. Е. Цуканова3, А. Б. Лексин1, В. М. Газеев1, А. В. Мохов1, Т. А. Горностаева1, А. В. Жариков1, В. М. Шмонов4, А. Я. Докучаев1,
С. А. Горбачева1, А. В. Шевченко2
Учреждение Российской Академии наук Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и
геохимии РАН
119017Москва, Старомонетный пер., 35, e-mail:gurbanov@igem.ru 2Кабардино-Балкарский государственный университет КБР, 360004 Нальчик, ул. Чернышевского, 175 3НИИ Физики ЮФУ 344006 Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194 4Институт экспериментальной минералогии РАН 142432 Черноголовка, ул. Институтская
Поступила в редакцию 11.03.2010 г.
В приповерхностных магматических камерах "спящего" вулкана Эльбрус, кроме традиционных типов дегазации расплава, выявлена дегазация через поры и микротрещины в породах кровли магматических камер. Ее существование доказано результатами изучения плотности, пористости и проницаемости пород. Оценены скорости прохождения газов (H, He, H2S, CO2, F, Cl) через гнейсы и вулканические породы. Магматические камеры на земной поверхности отражены в виде устойчивых тепловых аномалий (данные ночного теплового зондирования со спутника NOAA). Наличие магматических камер на глубинах 2—12 км доказано результатами магнитотеллурического зондирования [Собисевич и др., 2003] и гравиметрических исследований. Кроме изредка возникающих "столбов" ярко-белого свечения над тепловыми аномалиями, по данным лидарной и водородной съемок [Алексеев и др., 2007, 2009], установлены аэрозольные "облака" и потоки водорода. В этих же местах периодически фиксируются выбросы пара, происходит таяние снежно-ледового покрова и ощущается запах сероводорода. Для изучения геохимических особенностей дегазации из шурфов (глубина до 1.0 м) брались пробы снега. Они располагались: в контурах тепловых аномалий; над зонами активных разломов; в местах появления "столбов" белого свечения и на новой фумарольной площадке. Показано, что дегазация расплава сопровождалась переносом газами вещества в тонкодисперсном (первые микроны, а возможно и нанометры) состоянии ряда элементов (Li, B, Si, P, S, Ca, Zn, Pb, Mo, Ba, W, Hg, Ag, U, Th, I, Au, Pt), при активном участии F и Cl. При электронно-микроскопическом изучении сухого остатка из выпаренных проб снега, впервые в Приэльбрусье установлены: самородная платина, халькопирит, галит, сильвин, барит, гипс, циркон, опал, хлор-органика и др. Высказано предположение о возможности обнаружения в палео- и современных вулканически активных областях нового типа "невидимой" рудной минерализации, генетически связанной с дегазацией обогащенного рудными элементами расплава.
ВВЕДЕНИЕ
При проведении комплексных исследований, кроме обычных видов дегазации газонасыщенного [Милюков, 2006] расплава (фумарольная активность через паразитические кратеры и зоны активных разломов) из приповерхностных камер "спящего" вулкана Эльбрус, впервые был выявлен еще один ее необычный вид — через поры и микротрещины в породах, слагающих кровли магматических камер. Над двумя камерами нами и сотрудниками МЧС Кабардино-Балкарской республики наблюдались ярко-белые "столбы" свечения высотой до 100— 150 м. Появились они в солнечную погоду и были видны в течение двух часов над тепловой аномалией
№ 2-А (рис. 1) и около 40 минут в 350 м ниже Восточного вершинного кратера Эльбруса (тепловая аномалия № 1-А) в районе бокки.
Проекции магматических камер на земную поверхность, в виде устойчивых за последние 10 лет тепловых аномалий (рис. 2), построены по результатам обработки данных ночного дистанционного теплового зондирования с американской системы спутников МОЛА. Присутствие под ними эндогенных источников тепла, в виде расплава в магматических камерах, доказано (рис. 3) результатами магнитотеллурического зондирования [Собисевич и др., 2003; Греков и др., 2005] и гравиметрических исследований по профилям (негативные аномалии силы
Рис. 1. Столб свечения над тепловой аномалией № 2-А и зоной современного разлома под ледником Малый Азау, напротив станции канатной дороги "Мир". Фото Л.Е. Цукановой.
тяжести в 10—15 Мгал, данные А.В. Копаева, ГАИШ МГУ). Глубины залегания кровель камер варьируют от 2 до 4 км, а подошв — 8—10 км. Температура находящегося в них расплава оценена в 1100—1170°С [Толстых и др., 2001; Наумов и др., 2001]. Над тепловыми аномалиями (соответственно и над магматическими камерами) установлены аэрозольные "облака" и потоки водорода (данные лидарной и водородной съемок [Алексеев и др., 2007, 2009]), т.е. происходит явная дегазация. Здесь же периодически фиксируются выбросы пара с сильным запахом сероводорода и наблюдается интенсивное таяние снежно-ледового покрова.
При применении аудиомагнитотеллурического-го метода зондирования Земли учитывалось, что магматический расплав характеризуется сопротивлениями (15—40 Омм в нашем случае), которые всегда на 1—2 порядка ниже, чем сопротивления кристаллических пород фундамента (2500—8000 Омм в нашем случае) или закристаллизованных вулканических пород. Поэтому на рис. 3 изолиниями показаны контуры периферической магматической камеры и питающего ее глубинного магматического очага, залегающих среди пород фундамента.
В паразитическом кратере (бокка), расположенном на 350 м гипсометрически ниже Восточного вершинного кратера Эльбруса (тепловая аномалия № 1-А), из которого регулярно выделяются "облака" пара, В.А. Алексеевым с соавторами [2007], по данным георадарной съемки, в леднике идентифицированы четыре фумарольных канала (рис. 4).
На рис. 4 отчетливо выражены: граница (3) между кровлей голоценового лавового потока и ледником, толщина льда в котором варьирует от 15 м до 40 м; столбообразные фумарольные каналы-проталины во льду (2), образовавшиеся при подъеме пара и газа из магматической камеры при дегазации расплава. В 2007—2010 гг. эти фумаролы еще не вышли на дневную поверхность. Появление таких каналов в массивном льду свидетельствует, скорее всего, о недавнем поступлении в камеру новых порций расплава, а соответственно и об активизации вулканических процессов на Эльбрусе.
Отчетливо выраженный на рис. 5 пик концентрации водорода в воздухе расположен над местом выхода "столба" ярко-белого свечения. Последний расположен над зоной современного разлома, в которой сформировалась область повышенной проницаемости. Вполне естественно, что в этой магмати-
Рис. 2. Карта тепловых аномалий (август 1997—2007 гг.) с учетом результатов геологических и геофизических исследований.
ческой камере с газонасыщенным расплавом возникло, за счет поступления новой порции расплава, повышенное (может быть до равного литостатическому) давление газа. В связи с этим, в зоне повышенной проницаемости (зона разлома) и произошла быстрая и интенсивная разгрузка избыточного давления. Это и привело
к значительному выделению газов с образованием аэрозольного "столба" высотой до 150 м, а находящиеся в нем частицы, при взаимодействии с ультрафиолетовым солнечным излучением, вызвали ярко-белое свечение.
Для выяснения принципиальной возможности дегазации расплава через поры и зоны микротрещи-
<ч о
ооооо о
оооооооооооо
ООЧО^С^^Н^НООЧО ^С^^н^н ООЧО^ С^^н^н ООЧО ^ГПС^'
Шкала интенсивности, Омм
Рис. 3. Положение промежуточной приповерхностной магматической камеры и питающего ее глубинного очага (сопротивления расплава 15—40 Омм) по данным аудиомагнитотеллурического зондирования. Горизонтальная ось — расстояние по профилю в км, вертикальная ось — глубина в км. Слева на разрезе — юг, справа — север. На рисунке нанесены изолинии равных сопротивлений.
Рис. 4. Георадарный разрез, выполненный по профилю № 6 ниже Восточного вершинного кратера (между вехами № 7 и 8).
1 — лед с горизонтально слоистой структурой (глубина 0—25 м); 2 — зоны пустот или разуплотнений льда с поперечными размерами до 10 м (еще не вышедшие на поверхность каналы фумарол); 3 — граница кровли лавового потока с подошвой ледника, она же — плоскость скольжения ледника; 4 — зона значительных вертикальных деформаций массивного льда.
новатости в вулканических и метаморфических породах, слагающих кровли камер, были изучены плотность (р, г/см3), пористость (0, %) и проницаемость (к, м2) различных вулканических пород и использованы данные по метаморфическим породам и палеозойским гранитам [Звягинцев, Гурбанов, 1986]. Результаты приведены в табл. 1.
Плотность и пористость образцов определены традиционным методом гидростатического взвешивания, а проницаемость — нестационарным методом, модифицированным с учетом изменения термодинамических свойств фильтрующегося газа [Мальковский и др., 2009].
«
и н е
¡^
а н
т
е
3
н
л
л е
с
о
тно
От
10
-20
Профиль 4—4' Точки наблюдения 5 10 15
20
Рис. 5. Профиль со значениями концентраций водорода от станции "Мир" в сторону ледника Малый Азау. Пик в месте появления "столба" свечения.
Таблица 1. Плотность, пористость и проницаемость образцов основных типов пород Эльбрусского вулканического центра
Номер образца Порода Место отбора Плотность, г/см3 Пористость, % Проницаемость, м2
2/99 трахиандезит р. Худес 2.66 0.82 3.74 х 10—21
50/8 андезитобазальт Тызыльский лавовый поток 2.48 8.39 1.65 х 10—18
22/4 дацит Уллукам 2.51 2.30 4.92 х 10—17
31/57 дацит Голоценовый поток в 200 м выше станции "Мир" 2.40 2.63 9.50 х 10—17
66/1-6 дацит Сылтранская вулканическая постройка 2.38 3.63 2.88 х 10—16
197 дацит Там же 2.60 5.30 2.30 х 10—17
20/99 дацит Большой Азау 2.40 6.79 1.77 х 10—16
54/99 субинтрузивный да-цит Сылтранская вулканическая постройка 2.10 10.40 2.63 х 10—17
22/3 дацит Уллукам 2.24 10.80 1.24 х 10—17
33-2/99 туфобрекчия Маркирующий уровень рр. Бий-тик — Тебе Азау 2.38 6.65 8.22 х 10—17
635 игнимбрит Перевал Ирик-Чат 2.23 11.00 6.24 х 10—19
646 эруптивная брекчия Перевал Ирик-Чат 2.36 15.20 1.48 х 10—17
20/97 туф риолитового состава Левый исток р. Бийтик — Тебе 2.06 21.30 1.18 х 10—15
80к *
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.