ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 3-20
УДК 556.3
АНАЛИЗ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДОЛИНЫ ГЕЙЗЕРОВ (КРОНОЦКИЙ ЗАПОВЕДНИК, КАМЧАТКА) ПОСЛЕ КАТАСТРОФЫ 03.06.2007
© 2015 г. А. В. Кирюхин1, Т. В. Рычкова1, Е. О. Дубинина2
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, e-mail: avkiryukhin2@mail.ru 2Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 28.03.2014 г.
Представлены результаты мониторинга гидрогеологического режима Долины Гейзеров в 2007—2013 гг. на основных режимных гейзерах и источниках и Подпрудном Озере после катастрофического оползня 03.06.2007. По данным наблюдений на гейзере Большой, его средний период извержений уменьшился после оползня почти в два раза и составляет 63 мин, его активность определяется уровнем Подпруд-ного Озера. На гейзере Великан установлено существенное уменьшение периода извержений от среднегодового значения 379 мин (2007 г.) до 335 мин в первые три года после катастрофического оползня, после чего его среднегодовой период извержений стабилизировался. Выявлено, что гейзер Великан в пределах гидрологического цикла показывает увеличение периода извержений в зимний период (в среднем около 50 мин). Среднегодовое значение глубинной составляющей разгрузки гидротермальной системы (определяемой хлоридным методом) оценивается в 215 кг/с, отмечено ее снижение (на 30%) в период весенне-летнего паводка. Инжекция метеорных вод из Подпрудного Озера не нашла отражения в значимых гидрохимических изменениях в гейзерах Великан и Первенец, но по гейзеру Большой отмечается разбавление по основной компоненте глубинного теплоносителя. В целом газовый состав каналов гейзеров и кипящих источников характеризуется преобладанием атмосферной компоненты, в то время как питающий резервуар гейзера Великан характеризуется доминированием СО2 и N2, при значительном содержании метана и водорода. ТОиОН2-моделирование показывает, что уменьшение периода извержений гейзеров связано с гидродинамическим влиянием Подпрудного Озера. Анализируется влияние сейсмичности на режим извержений гейзера Великан.
DOI: 10.7868/S0203030615010034
ВВЕДЕНИЕ
Долина Гейзеров расположена в Кроноцком государственном заповеднике на полуострове Камчатка. Впервые она была обнаружена Т.И. Устиновой 14 апреля 1941 г. [Устинова, 1955] в каньоне бассейна р. Гейзерной длиной 8 км и глубиной 400 м. Как результат геологических и гидрогеологических исследований, проведенных в 1960-1970 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.), было установлено, что гидротермальная система Долины Гейзеров имеет наибольшую естественную разгрузку из двенадцати наиболее высокотемпературных гидротермальных систем Камчатки с приблизительным расходом 300 кг/с и температурой воды 100°С. Здесь обнаружено не менее 57 гейзеров [Сугробов и др., 2009], на 13-ти из которых проводились систематические наблюдения за циклом активности (Первенец, Тройной, Конус, Малый, Большой, Щель, Фонтан, Великан,
Жемчужный, Горизонтальный, Розовый Конус, Бурлящий, Восьмерка). Данные о наименованиях гейзеров и источников обсуждаются и уточняются [Леонов, 2012]. В работе Н.Г. Сугробовой [1982] впервые для гейзеров Камчатки и Долины Гейзеров показано (по данным многолетних и систематических наблюдений), что их режим, прежде всего периодичность, изменяется под воздействием метеорологических факторов и уровенного режима поверхностных водотоков, и что на режим гейзеров, в частности Великана, оказывают влияние наиболее крупные землетрясения.
Долина Гейзеров имеет значительную туристскую и образовательную ценность, поскольку это — единственное место в России, где можно наблюдать деятельность гейзеров, понять условия формирования гидротермальной системы (условия разгрузки, источники тепла, структура резервуара, роль верхнего водоупора), а также исследовать потенциал геотермальной энергии.
Число посетителей Долины Гейзеров достигает 3000 человек ежегодно. Поэтому важно выявить механизм формирования и параметры гидротермальной системы, контролирующие гидротермальные взрывы и оползни, осуществлять мониторинг этих параметров с целью прогнозирования возможных природных катастрофических явлений и оценки влияния изменения условий разгрузки/питания на режим гейзеров, оставшихся после катастрофического оползня 3 июня 2007 г.
В работах [Кирюхин, Рычкова, 2011; ЮгуикЫт й а1., 2012] обсуждаются возможные триггеры катастрофического оползня 3 июня 2007 г.: 1) уклон плоскости скольжения в сторону бассейна р. Гейзерной; 2) увеличение давления на 2—3 бар во флюидной питающей системе; 3) насыщение влагой блока горных пород в период снеготаяния и весеннего паводка; 4) гидротермальная переработка и ослабление плоскости скольжения; 5) взрывы пара вдоль плоскости скольжения. Остатки отложений пачки Гейзерная на бортах подтверждают, что катастрофический обвал 3 июня 2007 г. — очередной этап процесса соскальзывания гидротермально-измененных пород верхнего водоупорного слоя в бассейн р. Гейзерной. Обнаружение новых термальных хлоридных источников на более высоких отметках после 3 июня 2007 г. дает возможность предположить, что катастрофическому оползню предшествовало увеличение давления в жидкой питающей системе.
В работе [ЮгуикЫп й а1., 2012] рассматриваются условия формирования гидротермальной системы Долины Гейзеров в пределах двух термовыводя-щих линейных зон (разломов), расположенных над предполагаемым частично расплавленным магматическим телом, и получающей водное питание метеорными водами вдоль выходов риолит-даци-
товых экструзий ). Собрана 3D термогидродинамическая модель гидротермальной системы (10500 элементов). Термогидродинамическое моделирование TOUGH2-EOS3 показывает, что для формирования гидротермальной системы с параметрами разгрузки, соответствующими нынешним (250—270 кг/с при энтальпии 900 кДж/кг), необходимо до 30000 лет. Моделирование также показывает, что высокотемпературный флюид поступает по двум зонам на Нижне-Гейзерном и Верхне-Гейзерном полях. Питание метеорными водами осуществляется в частности через поверхность риолит-дацитовой экструзии Гейзерная
). Моделирование также показывает формирование двухфазного резервуара под наклонно залегающим водоупором, что имеет потенциал гидротермального взрыва. Параметры модели проверены распределением разгрузки термальных источников и гейзеров, результатами изотоп-
ного анализа термального флюида (SD, S18O), и показаниями геотермометров.
В данной статье приводятся и обсуждаются последние результаты мониторинга гидрогеологического режима в 2007—2012 гг. на гейзерах Великан, Большой, Подпрудном Озере и девяти основных режимных гейзерах и источниках.
1. РЕЖИМ ГЕЙЗЕРОВ, ПОДПРУДНОГО ОЗЕРА И ДИНАМИКИ РАЗГРУЗКИ ГИДРОТЕРМ В 2007-2013 гг.
1.1 Методика проведения мониторинга
Для регистрации периодичности извержений гейзеров Великан и Большой с июля 2007 г. были использованы температурные логгеры HOBO U12-015. Логгеры, установленные в каналах на истоке воды из гейзеров, регистрировали температуру из-лива воды с интервалом 5 мин. Время извержения гейзеров оценивалось по времени абсолютного максимума температуры перед ее абсолютным минимумом.
Для регистрации уровня Подпрудного Озера использована пара логгеров HOBO и20-001-04с установленным интервалом измерений 20-30 мин. Один логгер регистрировал барометрическое давление, а другой был установлен в озере, чтобы регистрировать суммарное давление столба воды над ним и атмосферного давления. Относительный уровень озера определялся по разнице записей давления на двух логгерах. Поскольку озеро Подпруд-ное пополняется р. Гейзерной, то его уровень связан с расходом реки. Калибровка расчетной формулы для определения расхода реки по уровню озера выполнялась по результатам гидрометрических наблюдений на створах "Плотина" и "Щель". Величина скрытой разгрузки гидротерм оценивается хлоридным методом на наблюдательном створе "Плотина". Начиная с мая 2012 г., для непрерывной записи электропроводности раствора на створе "Плотина" используется логгер HOBO U24-001 (диапазон 0-10000 ^S/см, установленный интервал записи 20 мин), что позволяет одновременно оценивать изменения хлор-иона и, соответственно, динамику изменения величины скрытой разгрузки гидротермальной системы.
Самую высокую и стабильную величину разгрузки на Нижне-Гейзерном участке имеет кипящий источник Аверий (около 12 кг/с). Великан — самый мощный гейзер в Долине Гейзеров [Kiryukhin et al., 2012, табл. 3], поэтому они были выбраны для осуществления мониторинга газогидрохимического режима гидротермального резервуара в первую очередь. Кроме того, в этот список включены крупные горячие и кипящие источники и гейзеры на различных участках гидротермальной системы: Первенец, Большой, Трубы, Верхний, Хлоридный, N16 и N17 — кипящие источники, обнаруженные после оползня 03.06.2007, 56 — Кислый
@ 1 N7 2
Рис. 1. Пункты мониторинга гидрогеологического режима гейзеров и горячих источников Долины Гейзеров в 2012 г. 1 — пункты мониторинга гидрогеологического режима гейзеров и горячих источников Долины Гейзеров в 2012 г. (3 — Первенец, 28 — Большой, 21 — Аверий, 23 — Великан, 45 — Трубы, 52 — Верхний, 54 — Хлоридный, N16 и N17 — кипящие источники, обнаруженные после оползня 03.06.2007, 56 — Кислый Котел, М — Младенец (Крепость)); 2 — дополнительные точки опробования (Т23 — источник в верховьях руч. Теплый, N7 — источник в зоне отрыва оползня, N37 — кипящий источник на урезе озера, возникший после оползня и переместившийся в 2012 г. приблизительно на место гейзера Скалистого; кружок без номера — пульсирующий высокодебитный источник в месте впадения р. Игрушка в р. Гейзерную).
Номера источников и гейзеров соответствуют названиям [Кирюхин и др., 2011, с. 243] и [ЮгуикЫп е! а1., 2012, табл. 2 и 3]; прочие условные обозначения, использованные на карте, соответствуют рис. 2 [Кирюхин и др., 2011; ЮгуикЫп ега!., 2012].
Котел, М — Младенец (К
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.