ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 551.233; 556.3
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И СОСТОЯНИЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДОЛИНЫ ГЕЙЗЕРОВ (КРОНОЦКИЙ ЗАПОВЕДНИК, КАМЧАТКА)
© 2011 г. А. В. Кирюхин, Т. В. Рычкова
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, бул. Пийпа 9, Петропавловск-Камчатский, 683006 Россия; E-mail: avk2@kscnet.ru Поступила в редакцию 8.04.2010 г.
Показано, что формирование гидротермальной системы Долины гейзеров контролируется структурой радиальных и кольцевых разломов надинтрузивной зоны частично расплавленного магматического тела с эпицентром в районе Верхне-Гейзерного поля, водное питание гидротермальной системы осуществляется с отметок +500 - +900 м абс. (по данным гидроизотопных исследований). Катастрофический оползень (03.06.07) явился очередным этапом общего сценария постепенной гидротермальной переработки наклонно залегающей Гейзерной пачки (Q4 grn), слагающей кровлю гидротермального резервуара, с постепенным снижением устойчивости к обрушению. Триггеры обрушения - повышение давления в гидротермальной и магматической системах, насыщение влагой Гейзерной пачки во время весеннего паводка. По данным непрерывных режимных термогидродинамических наблюдений в Долине гейзеров с использованием НОВО-логгеров температуры и давления с июля 2007 г. по апрель 2010 г. средний период извержений гейзера Великан составляет 348 мин. При интенсификации попадания атмосферных осадков непосредственно в ванну гейзера происходит краткосрочное увеличение периода извержений (максимально до 32 ч). Суммарная расчетная разгрузка гидротерм (по хлор-иону) в Долине гейзеров по данным наблюдений на створе "Плотина" в среднегодовом выражении составляет 263 кг/с, разгрузка гидротерм контролируется уровнем Подпрудного озера и характеризуется сезонными вариациями более 40%.
Ключевые слова: гейзер, гидротермальный, магматический, оползень, Камчатка.
ВВЕДЕНИЕ
Долина гейзеров находится в границах Кро-ноцкого государственного природного биосферного заповедника, расположенного на восточном побережье полуострова Камчатка (рис. 1). Долиной гейзеров называют каньон, шириной около 4 км и глубиной до 400 м, расположенный в нижнем течении (на протяжении 8 км от устья) р. Гейзерная, где сосредоточена основная часть гейзеров. Долина гейзеров на Камчатке была открыта Т.И. Устиновой сравнительно недавно - 14 апреля 1941 г. В результате активного геологического и гидрогеологического изучения в 1960-х и в 1970-х гг. (В.В. Аверьев, В.И. Белоусов, Б.В. Иванов, В.И. Кононов, В.М. Сугробов, В.А. Дрознин, В.Л. Леонов, Н.Г. Сугробова и др.) установлено, что гидротермальная система Долины гейзеров - наиболее мощная по естественной разгрузке на Камчатке, ее суммарная разгрузка на
поверхности в пересчете на исходный теплоноситель с температурой 100 °С оценивается около 300 кг/с. В пределах долины р. Гейзерной функционировало не менее 57 гейзеров, из которых по 13 основным гейзерам (Первенец, Тройной, Конус, Малый, Большой, Щель, Фонтан, Великан, Жемчужный, Горизонтальный, Розовый Конус, Бурлящий, Восьмерка) установлена периодичность (В.М. Сугробов и др. [4]). Наиболее крупный гейзер Великан, со средней продолжительностью полного цикла извержений 320 мин. и массой извергающейся пароводяной смеси около 20 т. В геологическом отношении гидротермальная система Долины гейзеров приурочена к краевой части Узон-Гейзерной кальдеры, характеризующейся кислым коровым магматизмом в течение последних 40 тыс. лет. Гидротермальные резервуары заложены в основании докальдерного комплекса (туфобрекчии, туфопесчаники и туфы, осложненные дайковым комплексом) и приуроче-
Рис. 1. Схема расположения Долины гейзеров в контурах границ ФГУ "Кроноцкий заповедник".
ны к системе радиальных разломов, оперяющих активные магматические тела. После разрушения юго-восточного борта Узон-Гейзерной депрессии (9-12 тыс. лет назад) за счет эрозии долины р. Гейзерная (В.Л. Леонов, 2010) начался интенсивный дренаж гидротермальной системы Долины гейзеров, вызвавший снижение давления в области ее разгрузки. За последние 5-6 тыс. лет в бассейне р. Гейзерная понижение области разгрузки составило 400-500 м. Возможно, что это обстоятельство послужило причиной уникально мощной естественной разгрузки гидротермальной системы и возникновения гейзерного режима, необходимое условие которого - превышение возможностей разгрузки над условиями питания гидротермального резервуара. Долина гейзеров представляет значительный туристско-познава-тельный интерес, так как является единственным местом в России, где возможны демонстрация гейзерной активности и наглядное объяснение условий формирования и потенциала использования высокотемпературных геотермальных место-
рождений [1]. Посещаемость Долины гейзеров в год составляет до 3000 человек.
3 июня 2007 г. в Долине гейзеров произошло событие, нарушившее туристический распорядок: за несколько минут 20 млн. тонн обрушившихся обломков дезинтегрированной гейзерной пачки пемзовых туфов завалили1 нижнюю часть долины р. Гейзерной и запрудили дамбой ее сток, оставив погребенными не менее 23 гейзеров (из которых 5 упоминались выше как основные: Первенец, Тройной, Конус, Малый, Большой)2 [10, 11, 9]. Это событие инициировало научные исследования, результаты которых приводятся в данной статье.
1 Двигало В.Н., Делемень И.Ф., Дрознин В.А. Проведение краткосрочного прогноза оползневых процессов в Долине гейзеров. Отчет по Гос. Контракту № 5 от 14.12.2007, П-Камчатский, 2008.
2Дрознин В.А. Проведение полномасштабного картирования термальных источников и оценка их современного состояния. Подготовка долгосрочного прогноза развития геотермальных процессов в Долине гейзеров. Отчет по Гос. Контракту № 11 от 20.12.2007, П-Камчатский, 2008.
Заметим также, что исследования высокотемпературных гидротермальных систем предоставляют возможность для проверки и развития теоретических основ термофлюидогеодинамики на примере объектов, находящихся в экстремальных гидрогеологических условиях. Высокотемпературная гидротермальная система Долины гейзеров в Кроноцком заповеднике на Камчатке (наряду с Йеллоустоунской (США), Вакареварева (Нов. Зеландия), Рекъянесс (Исландия) уникальна наличием многочисленных гейзеров, количественной модели функционирования которых до сих пор не разработано [13]. Анализ условий формирования гидротермальной системы Долины гейзеров в связи с катастрофическим оползнем интересен не только для решения фундаментальной проблемы количественного описания геотермальных процессов в областях современного вулканизма, но и необходим для того, чтобы предвидеть подобные события в будущем, планировать и осуществлять наблюдения, результаты которых могут дать информацию о готовящейся новой катастрофе, и предпринимать меры для уменьшения возможного ущерба. Кроме того, Кроноцкий заповедник включен в Список объектов Всемирного Природного Наследия ЮНЕСКО, что добавляет значимости и актуальности проводимым здесь исследованиям.
1. Условия формирования гидротермальной системы Долины гейзеров
1.1. Гидрогеологическая стратификация Узон-Гейзерного артезианско-вулканогенного бассейна (по [3, 8], с уточнениями). Фундамент артезианско-вулканогенного бассейна (АВБ) Узон-Гейзерной кальдеры включает водоносные комплексы терригенно-осадочных образований палеоген-неогенового возраста с пластовыми и трещинно-жильными скоплениями подземных вод, циркулирующими в зоне затрудненного водообмена.
Непосредственно в пределах АВБ выделяются следующие водоносные комплексы: 1 - современные рыхлые отложения (04), 2 - эффузивно-пиро-кластические образования (02-3), 3 - кальдерно-озерные отложения (03), 4 - игнимбритовые и пемзо-пирокластические образования (02-3), 5 -вулканиты основного состава (01-3), 6 - вулканогенные и вулканогенно-осадочные образования плиоценового возраста (рис. 2).
Первый водоносный комплекс, приуроченный к современным пролювиальным, аллювиальным, ледниковым отложениям, и второй, в тех случаях, когда он приурочен к верхнеплейстоцен-сов-ременным рыхлым или слабо сцементированным пемзо-пирокластическим отложениям, включают
Рис. 2. Геологическая схема бассейна р. Гейзерной по В.Л. Леонову (2008, личн. сообщ.) с дополнениями по гидрогеотермальной активности А.В. Кирюхина. Геологические подразделения показаны индексами, пунктирная точечная линия показывает предполагаемое распространение частично расплавленного магматического тела в плане, жирные линии - радиальные термовыводящие разломы, символы с цифрами - горячие источники, гейзеры и фумаролы (см. таблицу), зубчатая линия - границы Узон-Гейзерной кальдеры. Плоскость скольжения соответствует подошве пемзовых туфов Гейзерной пачки Q4grn. Сетка карты - 500 м.
в себя воды поровой циркуляции. Мощности комплексов от единиц до нескольких десятков метров. Залегая первыми от поверхности, они играют транзитную и расходную роль в питании более глубоких комплексов АВБ. В качестве примера можно рассматривать андезито-дацитовую экструзию Рудича (Р4), корень которой обеспечивает инфильтрационное питание в АВБ (см. ниже).
Третий водоносный комплекс, кальдерно-озер-ных и докальдерно-озерных отложений, представлен алевропелитовыми, псаммитовыми, псе-фитовыми туфами пемзового состава с прослоями пемзовых песков, гравия и галечников. Комплекс характеризуется слоистым строением и неоднородностью фильтрационных свойств слагающих его пород. В пределах Гейзерной гидротермальной системы комплекс кальдерно-озерных отложений сложен пемзовыми туфами (Пачки Гейзерная, Желтых Скал, Пемзовая Р4), выполняющими роль относительного водоупора. Водоносный комплекс докальдерно-озерных отложений Устьевой пачки (Р|), сложенный туфами, туфобрекчия-ми и туфопесчаниками пробит многочисленными дайками (что доказывает его докальдерное происхождение) и служит вместилищем гидротермальных резервуаров Гейзерной гидротермальной системы. Его суммарная мощность в пределах гидротермальной системы до 400 м.
Четвертый водоносный комплекс - средне-верхнеплейстоценовых игнимбритовых и пем-зо-пирокластических образований, и пятый -плейстоценовых вулканитов (преимуществен
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.