ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2012, № 6, с. 18-30
УДК 551.21+551.79(235.132)+552.313.1+552.323.4
ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛАВОВЫХ ПОТОКОВ ВУЛКАНА БЕЗЫМЯННЫЙ, КАМЧАТКА
© 2012 г. В. М. Ладыгин1, О. А. Гирина2, Ю. В. Фролова1
1 Геологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова,
Воробьевы горы, 119992 Москва
e-mail: skalka_1@mail.ru
2 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9
Поступила в редакцию 16.01.2012 г.
Представлены результаты исследования лавовых потоков вулкана Безымянный различного возраста — от древних (около 3500 лет назад) до современных (1985—1989 гг.). Приводится подробная характеристика состава, строения и петрофизических свойств основных типов слагающих их пород — андезитов и андезибазальтов. Установлено, что главным фактором, определяющим свойства пород, является их пористость; влияние структурно-минералогических особенностей проявляется в меньшей степени. Показана динамика изменения свойств пород лавовых потоков в зависимости от их возраста: чем древнее породы, тем выше показатели их плотности и прочности и ниже значения пористости.
ВВЕДЕНИЕ
Петрофизические свойства горных пород в полной мере отражают условия образования и все дальнейшие их преобразования, происходящие с момента зарождения пород — характер и состав первичной магмы, из которой образуются породы; количество флюидов в расплаве; разнообразие минералов, слагающих породу, их зарождение и рост, зависящие от температуры и давления; форма и характер срастания минералов и так далее. Эти же вопросы интересуют геологов и вулканологов. Поэтому сведения, полученные при петрофизических исследованиях, могут дать дополнительную информацию об особенностях образования пород, их возрасте, характере извержений и т.д. [Алыпова, 1967; Гирина, 1998; Ладыгин, Никитин, 1980; Ладыгин, Округин, 1998; Ладыгин, Фролова, 2002, 2006; Козырев и др., 1989; Козырев, 1990, и др.].
Известно, что для Камчатки наиболее характерны вулканы двух типов — базальтовые (например, Ключевской, Толбачик) и андезибазальто-вые-андезитовые (например, Безымянный, Ава-чинский, Мутновский). Если для базальтовых вулканов уже получены обширные данные о пет-рофизических свойствах слагающих их пород [Алыпова, 1967; Ладыгин, Никитин, 1980; Козырев, 1990; Ладыгин, Округин, 1998; Ладыгин,
Фролова, 2002, и др.], то для андезитовых вулканов такие данные немногочисленны [Алыпова, 1967; Гирина, 1998; Козырев и др., 1989; Ладыгин и др., 2004, и др.]. У авторов статьи имеются образцы пород со всех трех вышеупомянутых анде-зитовых вулканов (имеющих различный возраст) и в перспективе планируется провести сравнительный анализ их петрофизических свойств. Первая статья из этой серии посвящена эффузивным породам вулкана Безымянный.
Вулкан Безымянный расположен на склоне древнего вулкана Камень в центре Ключевской группы. Абсолютная высота вулкана до пароксиз-мального извержения 1956 г. составляла 3085 м, в настоящее время — около 2900 м. Возраст собственно вулкана Безымянный — около 5.5 тыс. лет, Пра-Безымянный — 10.5—11.0 тыс. лет [Брайцева, 1990; Богоявленская и др., 1991]. После извержения 1956 г. вулкан Безымянный стал одним из самых известных в мире. Появились многочисленные публикации, касающиеся различных аспектов извержений как 1956 г., так и последующих лет [Горшков, Богоявленская, 1963; Богоявленская, Кирсанов, 1981; Брайцева, 1990; Кирсанов, 1979; Максимов и др., 1991; Толстых и др., 1999, и др.]. В них обсуждались вопросы динамики извержений, истории развития вулкана, изучения строения и состава лав, но очень мало затрагива-
Рис. 1. Схема расположения изученных лавовых потоков вулкана Безымянный.
1 — самые древние в руч. Тундровый; 2 — на северо-восточном борту эксплозивного кратера 1956 г. вулкана; 3 — между экструзиями Экспедиция и Ступенчатая; 4 — южнее домика вулканологов; 5 — между экструзивными куполами Пестрые хребтики и Лохматый; 6 — под экструзией Высокая; 7 — рядом с экструзией Погребенная; 8 — между экструзиями Двуглавая и Гладкая; 9 — в ущелье между вулканами Безымянный и Камень; 10 — на куполе Новый (1981—1983 гг.); 11 — на куполе Новый (1985—1989 гг.). Схема создана на основе спутникового снимка ASTER от 23 января 2005 г.
52 ft
s
2 Вулкан Безымянный
10
Погребенная
7 ж6
¿у
11
Д
Двуглавая
5
Лохматый
Ступенчатый
Экспедиции
3
9
_rv
8
4
лись петрофизические особенности пород, образовавшихся при этих процессах, что на наш взгляд обедняет сведения о характере активности этого вулкана. В настоящей работе впервые представлены данные о свойствах эффузивов вулкана Безымянный, образование и становление которых происходило в период между 3500 лет назад и 1985-1989 гг.
Вулкан состоит из двух частей: восточной — наиболее древней, и западной — молодой. В строении вулкана огромную роль играет древний экструзивный купол, остатки которого можно было наблюдать на южной и северной стенах эксплозивного кратера, образовавшегося в 1956 г. Купол был сложен грубообломочными породами, прорванными дайками. Западная часть вулкана представляет собой типичный стратовулкан.
Деятельность вулкана имела пульсационный характер [Брайцева, Кирьянов, 1982; Брайцева и др., 1990]. Каждый период активизации характеризовался закономерной сменой состава вулканитов от кислых разностей через более основные снова к более кислым.
ЛАВОВЫЕ ПОТОКИ ВУЛКАНА БЕЗЫМЯННЫЙ
Вулкан Безымянный является уникальным объектом, так как в течение достаточно длительного времени его становления сформировались различные фации магматических образований: экструзивные куполы, лавовые и пирокластиче-ские потоки. На сложную эволюцию магматических расплавов, приведшею к формированию пород вулкана Безымянный, указывают различные авторы [Богоявленская и др., 2004; Кадик и др., 1986; Озеров и др., 1997; Толстых и др., 1999; А1шееу й а1., 2004].
Как стратовулкан, конус вулкана Безымянный сложен многочисленными лавовыми потоками, перемежающимися с прослоями вулканогенных обломочных пород. Наиболее хорошо лавовые потоки обнажаются в северной, южной и юго-восточной частях постройки вулкана. Наиболее протяженные и мощные потоки лавы отмечаются на южном и юго-западном склонах вулкана (рис. 1). Кроме этого, при формировании лавового купола внутри эксплозивного кратера 1956 г., начиная с
Таблица 1. Химический состав лав вулкана Безымянный 1—Увозрастных групп по [Брайцева и др., 1990]
Лавы БЮ2 ТЮ2 А12О3 Р®2°3 FeO МпО МБО СаО №20 К2О Р2О5
V 58.0—60.4 0.5—0.8 17.4—18.2 2.2—2.6 3.5—4.6 0.1 3.0—4.1 6.8—7.4 3.2—3.6 1.3—1.8 0.2
IV 57.6—58.2 0.6 17.4—17.7 1.9—2.3 4.0—4.6 0.15 4.9—5.3 6.8 3.3—3.5 1.5—1.6 0.25
III 59.0—59.2 0.7 17.2 2—2.5 3.5—4.4 0.16 3.9—4.4 6.9—7.1 3.4—3.5 1.5—1.6 0.25
II 54.3—57.0 0.5—1.0 17.1—18.7 2.1—3.1 4.0—6.0 0.1—0.2 4.1—5.2 7.7—8.8 3.0—3.1 1.1—1.6 0.28
I 54.4 0.8 17.4 2.7 5.7 0.15 5.6 8.8 3.0 1.2 0.18
1977 г. почти ежегодно происходило излияние лавовых потоков, завершавших эксплозивные фазы извержений, связанных с ростом лавового купола [Богоявленская, Кирсанов, 1981; Гирина, Горбач, 2006; Малышев, 2000, и др.].
0.А. Брайцева с соавторами [1990] выделяют три периода активизации вулкана Безымянный за последние 2.5 тыс. лет (Б-!, Б-П, Б-Ш) и шесть возрастных групп лавовых потоков (I, II, III, IV, V VI).
1. Лавовые потоки возрастной группы I (около 3500 лет назад (л.н.)) (двупироксеновые андези-базальты).
2. Вулканиты периода активизации Б-1 (2400— 1700 л.н.):
а) лавовые потоки возрастной группы II (двупироксеновые андезибазальты);
б) лавовые потоки возрастной группы III (дву-пироксеновые андезиты).
3. Вулканиты периода активизации Б-11 (1350-1000 л.н.):
а) лавовые потоки возрастной группы IV (дву-пироксеновые андезиты);
б) лавовые потоки возрастной группы V (рого-вообманково-пироксеновые андезиты).
4. Вулканиты периода активизации Б-Ш (1955 г. — настоящее время) — лавовые потоки возрастной группы VI (роговообманково-пирок-сеновые андезиты).
Породы собственно стратовулкана Безымянный на первом этапе его деятельности отвечают по составу андезибазальтам с содержанием 8Ю2 от 54 до 57 вес. %.
Вулканиты периода Б-! охватывают широкий диапазон эффузивов от андезибазальтов до андезитов с содержанием 8Ю2 от 54.3 до 59.2 вес. % (табл. 1). Породы периода Б-П по составу отвечают андезитам с содержанием 8Ю2 от 57.6 до 60.4 вес. %. Лавы современного этапа Б-Ш изменяются по составу от андезитов в 1956 г. (59—60 вес. % 8Ю2) до
андезибазальтов (56—58 вес. %) [Брайцева и др., 1990].
К лавовым потокам отнесены вулканические образования, имеющие явно выраженные геометрические формы — преобладание длины над шириной и мощностью. Лавовые потоки были опробованы в юго-восточной и северной частях вулкана, а также вблизи экструзивных куполов: Экспедиции, Ступенчатая, Лохматый, Высокая, Погребенная, Двуглавая, Гладкая. Всего исследовано 113 образцов лав. Получены данные по химическому составу пород, а также определены их физические и физико-механические свойства: плотность (р), плотность твердой фазы (р0), пористость (п), величина водопоглощения скорости продольных волн в сухом (Урс) и водонасы-щенном (¥рв) состояниях, магнитная восприимчивость (ж), прочность на сжатие в сухом (Из) и водонасыщенном (Язв) состояниях.
Породы лавовых потоков, отобранные для исследования, было довольно трудно привязать по возрасту к тому или иному периоду вулканической активности, так как не всегда в поле можно было обнаружить и охарактеризовать тот или иной маркирующий горизонт тефры по [Брайце-ва и др., 1990]. В большинстве случаев привязкой лавовых потоков служило то или иное экструзивное образование (см. рис. 1), в связи с этим описание эффузивных пород приведено по порядку, указанному в таблице 2.
ЛАВОВЫЕ ПОТОКИ ВОЗРАСТНОЙ ГРУППЫ ^
1. Мы определенно выделяем самые древние породы (лавы возраста I), слагающие потоки лавы мощностью от 2 до 5—7 м в урезе руч. Тундровый (см. табл. 2 и рис. 1). В основном это андезибазальты с содержанием 8Ю2 54.5%, темно-серого цвета с большим количеством (до 20—40%) серийно-порфировых вкрапленников (ра
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.