ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 2, с. 22-38
УДК 551.21:550.42:553.067
РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОСАДКАХ И ИЗМЕНЕННЫХ ПОРОДАХ КИХПИНЫЧСКОГО ДОЛГОЖИВУЩЕГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА
© 2009 г. О. Ф. Карданова, П. П. Фирстов
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006
Поступила в редакцию 26.04.2006 г.
Приведены данные по содержанию радиоактивных элементов в минеральных осадках и гидротермально измененных породах Кихпинычского долгоживущего вулканического центра. Повышенное содержание урана (до 31 г/т) и тория (до 46 г/т), относительно средних значений для дацитов Камчатки и Узон-Гейзерной депрессии, обнаружено в белых каолинитовых глинах кипящих котлов и в измененных до ка-олинитовых глин дацитах Южно-Кихпинычского термального поля. На этом поле и Северном термальном поле в кратере вулкана Старый Кихпиныч в подпочвенном воздухе зарегистрированы высокие значения объемной активности радона (ОА Ип > 1000 кБк/м3). Высокое содержание урана и тория в свежих минеральных осадках и аномальные значения ОА Кп в подпочвенном воздухе гидротермально измененных пород рассматриваются как результат массопереноса радиоактивных элементов флюидными потоками гидротермальной системы.
ВВЕДЕНИЕ
Работа является продолжением исследований, выполненных одним из авторов в районе Кихпинычского долгоживущего вулканического центра (КДВЦ). Ранее рассматривались состав и условия образования хемогенных осадков на термальных полях этого центра [16, 18]. Изменения в составе осадков, в морфологии полей и режиме термоаномалий, наблюдавшиеся в 1980-1989 гг. на термальных полях КДВЦ, определяются сейсмотектоническими и экзогенными процессами, приводящими в отдельных случаях к оползням, обвалам и оплы-винам [17].
Изучение содержания урана и тория в продуктах современной вулканической деятельности имеет как теоретическое, так и важное практическое значение, так как с вулканическими формациями позднеорогенного этапа развития земной коры связана значительная часть гидротермальных месторождений РАЭ, которые формируются в результате гидротермальных и гипергенных процессов [27]. Обычно в магматических породах концентрация и и ТЪ определяется следующими факторами: формационной принадлежностью к тому или иному глобальному резервуару (континентальному, обогащенному И и ТЪ, или океаническому, обедненному РАЭ), принадлежностью пород к той или иной серии щелочности или к тем, или иным петрохимическим типам в зависимости от содержания 8Ю2 [33].
Особенности распределения И, ТЪ и К в породах Камчатки отражают не только региональные, но и некоторые общие черты развития геологических структур на границе континент-океан. По данным
работы [25], подавляющее большинство пород Южной Камчатки характеризуется пониженной радиоактивностью по сравнению с аналогичными по составу породами континентов. Характер распределения И и ТЪ в неизмененных породах Узон-Гейзерной депрессии и на вулкане Кихпиныч приведен в [20], а в измененных породах и минеральных осадках кальдеры Узон в [1].
Для многих гидротермальных систем Камчатки [9, 10, 20, 35, 36], Новой Зеландии [39] и Японии [41], пространственно связанных с магматическими очагами районов современного вулканизма, характерно высокое содержание радиоактивных эманаций в спонтанных газах и термальных водах, что может быть объяснено следующими процессами. В результате радиоактивного распада содержащегося в горных породах Иа, происходит непрерывная генерация радиогенных газов в литосфере, которые сорбируются на поверхности твердых тел, занимают поры, капилляры и трещины в породах. Различные неорганические гели весьма прочно удерживают адсорбированный Ип, но при нагревании происходит его десорбция и массопе-ренос за счет конвекции к поверхности в газообразном или в растворенном состоянии. При кипении Ип выделяется из раствора вместе с паром, так как коэффициент распределения Ип между водой и газом в интервале температур 0-60°С меняется от 0.5 до 1.2, поэтому содержание Ип в спонтанном газе высокотемпературных источников значительно выше, чем в низкотемпературных [9].
Исходя из предпосылок, описанных выше, рассмотрено поведение радиоактивных элементов (РАЭ) в минеральных осадках и измененных поро-
дах КДВЦ в зависимости от условий их формирования, а также результаты площадной эманацион-ной съемки термальных полей, выполненной в 1997 г. [4].
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КИХПИНЫЧСКОГО ДОЛГОЖИВУЩЕГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА
Впервые Кихпинычский долгоживущий вулканический центр (КДВЦ), расположенный в центральной части Восточного вулканического пояса Камчатки [7], был выделен В.И. Белоусовым [6]. Центр включает несколько разнородных и разновозрастных сооружений (рис. 1). Одно из них - средне-верхнеплейстоценовый вулкан Старый Кихпи-ныч (гора Пик), который сложен чередующимися базальтовыми лавами и их агломератовыми туфами, сильно измененными гидротермальными процессами. Вулкан образовался до этапа мощных иг-нимбритообразующих извержений и кальдерооб-разования в Восточной вулканической зоне, произошедших 23-40 тыс. лет назад [7]. Постройка вулкана Старый Кихпиныч (СК) служит основанием для голоценового базальтового вулкана Молодой Кихпиныч и расположенного несколько южнее дацитового вулкана Сопка Желтая, который образовался в конце позднего плейстоцена. Вулкан Молодой Кихпиныч состоит из конуса Западный, возраст которого 4.8 тыс. лет, и конуса Савича, возникшего около 1.4 тыс. лет назад, последнее извержение которого датируется 400 лет назад [7, 8]. Данные конусы возникли после длительного (десятки тысяч лет) перерыва в деятельности вулкана Старый Кихпиныч.
КДВЦ образовался на пересечении двух разломов. Основные структурные элементы КДВЦ определяются глубинным разломом северо-восточного простирания, к которому приурочены почти все постройки центрального участка Восточно-Камчатского вулканического пояса. Этот разлом протягивается от вулкана Крашенинникова через Долину Гейзеров к вулканическому массиву Большого Семячика и далее на юг [6]. Субширотный Узонско-Валагинский разлом второго порядка, являющийся осложняющей структурой, фиксируется системой трещин и расположенных вдоль них вулканических центров, вулканов - Узон, Тауншиц и ряда экструзий в пределах Валагинского хребта [37]. КДВЦ находится в восточной части этого разлома, который трассируется в постройке вулкана Старый Кихпиныч на восточном склоне каньоном руч. Кислый, на западном внешнем его склоне - цепочкой групп термальных источников.
Гидрогеологическая модель гидротермальной системы Долины Гейзеров предполагает, что из области магматического очага вулканического массива Кихпиныч идет восходящий водный поток, сфор-
мированный местными инфильтрационными водами и водами регионального подземного стока [21].
Расположение термальных полей (ТП) в кратере вулкана Старый Кихпиныч (СК) приведено на рис. 2а: ТП 1 - Южное поле (ЮП), ТП 2 - Восточное поле (ВП), ТП 21 - Северное поле (СП). Как выглядели в 1997 г. СП и ВП после оползней и обрушений, произошедших после 1982 г., показано на рис. 26, в. Расположение источников и фумарол на ЮП СК дано на рис. 2г. У южного подножия вулкана Сопка Желтая расположено Южно-Кихпи-нычское термальное поле (ЮКТП, поле 18), с которого берет начало ручей Белый, являющийся южным истоком р. Гейзерная (рис. 1).
На ЮКТП риодациты, слагающие западный и юго-западный склоны вулкана Сопка Желтая [20], преобразованы под действием окисленного конденсата гидротермального пара глубинных С1-№ вод в белые каолинитовые глины [22]. Причем преобразование пород на этом поле, в основном, происходило и происходит преимущественно в термальных котлах глубиной до 2 м, на стенках которых часто оседает ромбическая сера. На поле много небольших сольфатар, устья которых инкрустированы самородной серой, а само поле буквально пронизано сетью серных жилок различной мощности от 0.1 до 2 см. Даже на холодных с поверхности каолинито-вых участках на глубине менее одного метра температура достигает более 80 °С и наблюдается много серных жилок.
В юго-западной части вулкана Сопка Желтая на трещине, идущей от вершины почти до ЮКТП, находится термальное поле Вершинное (рис. 1, ТП 14). В обеленных породах этого поля больше кремнезема, чем в аналогичных породах ЮКТП.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Площадное распределение и и ТЪ изучалось на образцах, отобранных на термальных полях КДВЦ во время полевых работ 1976, 1978-1982, 1986 и 1997 гг. Содержание И и ТЪ определялось в хемо-генных осадках источников, в измененных породах, претерпевших воздействие кислых газов фумарол (до 5 объемных % Ы28), а также в глинах котлов, в спонтанных газах которых содержится до 12 % Ы28. Хемогенные осадки (т. е. осажденные из растворов) отбирались на выходах источников и в руслах водотоков. Также отбирались корочки, образующиеся на испарительном барьере водоемов, донные осадки в котлах и "сковородках" (поверхностные водные зеркала, через воду которых интенсивно выделяется газ). Одновременно с отбором образцов осадков отбирались пробы воды, из которой они осаждались. В местах отбора проб измерялись температура, рЫ, в отдельные годы - ЕЪ. Спонтанные и растворенные газы в источниках и котлах отбира-
ш
^
а
я >
Д О а о ч
к »
к
о
м »
о
о а о ч
к
о о
58° -
54° _
50°
Ш2 \Ш
\Ш\9
14 ~
Рис. 1. Схема расположения пунктов отбора проб для определения содержания РАЭ и точки регистрации подпочвенного радона на термальных полях КДВЦ. 1 - лавовые конусы; 2 - лаво-пирокластические конусы; 3 - вершины; 4 - отвесные склоны; 5 - отдельные скалы; 6 - крутые склоны; 7 - горизонтали; 8 - водоразделы; 9 - снежники; 10 - лавовые потоки; 11 - источники (а - теплые и горячие; 6 - холодные); 12 - паровые струи; 13 - термальные поля (цифра - номер поля); 14 - границы термальных полей; 75-77- точки отбора проб на содержание РАЭ: 75 - Б , 16- ТЬ, 77- ОА Яп. Термальные поля и минеральные источники: 1 - Южное, в кратере вулкана Старый Кихпиныч; 2 - Восточное, там же; 3 - "Щеки", руч. Кислый; 4 - исток р. Мутная; 5 - Каменный Карман; 6 - Теплое; 7 -Травертиновое; 8 - Перевальное;
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.