оглавление

начало монографии      первая глава

В последние годы установлено, что наиболее крупные приповерхностные тепловые аномалии на Земле связаны с современными гидротермальными системами, под которыми обычно понимаются специфические водонапорные системы, возникающие в земной коре в областях современного вулканизма при внедрении в водоносные слои глубинного теплоносителя - магмы или надкритического водного флюида /1, 22, 92, 168/.

Скопления термальных вод могут формироваться и вне областей современного вулканизма - в седиментационных бассейнах или глубоких зонах тектонических дроблений. Они характеризуются меньшим удельным выносом тепла в очагах разгрузки, но также являются гидротермальными системами. По В.И.Кононову /66/, термин "гидротермальная система" может быть отнесен ко всем гидродинамическим системам, заключенным в рамках отдельных геологических структур. Формироваться они могут либо при нагревании вод в региональном тепловом поле в результате глубокой циркуляции, либо еще и при дополнительном поступлении в водоносные горизонты глубинного тепла, приносимого магмой или надкритическим флюидом.

Обобщенную классификацию гидротермальных систем на основе материалов Второго симпозиума ООН по изучению и использованию геотермальных ресурсов (США, Калифорния, 1975 г.) предложил А.Трусделл /167/. Он разбил всю совокупность этих объектов на шесть групп: вулканические гидротермальные системы; вулканические парогидротермальные системы; вулканические гидротермальные системы, обогащенные морской водой; невулканические гидротермальные системы, обогащенные морской водой; невулканические осадочные бассейны термальных вод; невулканические гидротермальные системы, включающие трещинные термальные воды глубокой циркуляции.

Г.Бодварссон /152/ разделил гидротермалыные системы на две основные группы: низкотемпературные и высокотемпературные с базовой температурой меньше и больше 150°С соответственно.

Такое подразделение, по мнению В.И.Кононова /66/, весьма перспективно, так как базовые температуры могут быть рассчитаны с помощью гидрохимических индикаторов. В то же время по газовому составу В.И.Кононов выделил следующие типы терм: сероводородно-углекислые, углекисло-водородные ("водородные"), углекислые, азотно-углекислые, метановые (азотно-метановые) и азотные.

В настоящей работе рассматриваются только высокотемпературные вулканические (по классификации А.Трусделла) гидротермальные системы. По газовому составу это азотно-углекислые и углекислые низкоминерализованные, высокоэнтальпийные парогидротермы различного солевого состава /66/. В дальнейшем они для краткости называются просто "высокотемпературные гидротермальные системы". На Камчатке известно десять таких систем, и почти все они (за исключением одной) расположены в пределах Восточного вулканического пояса (рис. 1). Это Паужетская и Кошелевская системы на юге Камчатки, Северо-Мутновская, Жировская и Больше-Банная вблизи г.Петропавловска-Камчатского, а также Узонская, Гейзерная, Семячинская и Академии Наук на центральном участке Восточной Камчатки /114/. Расположение высокотемпературных гидротермальных систем группами заставило В.В.Аверьева предположить, что они могут быть связаны на глубине единым фронтом теплового питания и их необходимо объединить в геотермальные районы /6/. Им были выделены на Камчатке три района: Паужетский, Мутновский и Семячинский. В дальнейшем некоторые исследователи стали выделять также Паратунский геотермальный район /25, 107/, который находится в непосредственной близости от Мутновского.

Рис.1 Схема расположения высокотемпературных гидротермальных систем в пределах Восточно- Камчатского вулканического пояса.

1 - вулканы (1 - Кошелевский; 2 - Камбальный; 3 - Дикий Гребень; 4 - Ильинский; 5 - Желтовский; 6 - Ксудач; 7 - Ходутка; 8 – Асача; 9 - Опала; 10 - Горелый; 11 - Мутновский; 12 - Вилючинский; 13 - Авача; 14 - Корякский; 15 - Купол; 16 – Жупановский; 17 - Дзендзур; 18 - Жупановские Востряки; 19 – Карымский; 20 - Малый Семячик; 21 - Большой Семячик; 22 - Кихпиныч; 23 - Тауншиц; 24 - Унана; 25 - Крашенинникова; 26 - Кроноцкий; 27 - Шмидта; 28 - Гамчен; 29 - Комарова; 30 – Кизимен; 31 - Кинчокла; 32 – Удина; 33 - Зимина; 34 - Толбачик; 35 - Безымянный; 36 -Ключевской); 2 - высокотемпературные гидротермальные системы (по В.М.Сугробову /114/) (I - Кошелевская; II - Паужетская; III - Северо-Мутновская; IV- Жировская: V - Больше-Банная; VI - Академии наук; VII - Семячинская; VIII - Узонская; IХ -Долины Гейзеров); 3 - области развития средне- верхнечетвертичных пемзовых туфов и игнимбритов (стрелки указывают направление движения их потоков); 4 - обобщенные контуры развития четвертичных лав Восточно-Камчатского вулканического пояса (по геологической карте Камчатской области, 1976); 5 - геотермальные районы, по В.М.Сугробову /114/: А - Паужетский; Б - Мутновский; В - Паратунский; Г – Семячикский.

В последние годы получен новый обширный материал по их геологическому строению, структуре и по особенностям проявления в них гидротермальной деятельности. Это позволяет с новых позиций подойти к изучению геотермальных районов и рассмотреть не только особенности их внутренней организации, но и выявить те общие структуры, которые определяют позиции геотермальных районов в пределах Восточно-Камчатского вулканического пояса. Соответственно, решение общей задачи, поставленной в этой работе (выявление структурных условий локализации высокотемпературных гидротерм) видится в решении следующих вопросов: выделении и описании элементов строения геотермальных районов, исследовании наиболее существенных внутренних связей этих элементов, выявлении специфической природы геотермальных районов, как целостных структур и, наконец, анализе более общих структур, определяющих локализацию геотермальных районов.

Структурные аспекты, рассматриваемые в работе, опираются на некоторые общие представления о генезисе современных гидротерм и их связях с магматической деятельностью. Основа таких представлений заложена в работах К.Банвелла /147, 148/ и В.В.Аверьева /2/. Последним было показано, что в условиях конкретных структур, в пределах которых происходит современный гидротермальный процесс, энергетический эффект гидротермальной деятельности не уступает энергии вулканического процесса, в частности, явлениям "кислого вулканизма". При этом главную роль в названных процессах играет водный флюид (эндогенный пар), который может рассматриваться как главный агент особой формы вулканизма, в рамках которой взрывные явления, экструзии магмы и гидротермальная деятельность предстают как ассоциация различных проявлений одного процесса. В то же время В.В.Аверьев /2/ рассматривал все эти явления как реакцию земных недр на тепловой импульс, связанный с развитием энергетически более мощного андезитобазальтового вулканизма. Полученные данные заставляли критически относиться к представлениям о ведущей роли магматических тел в гидротермальном процессе.

В работах учеников В.В.Аверьева /22, 27, 30/ было показано, что у модели теплового питания современных гидротермальных систем за счет эндогенного пара (флюида) наряду с достоинствами есть ряд слабых позиций. Так, отмечалось, что по соотношениям изотопов водорода доля ювенильных вод в гидротермальных флюидах в большинстве случаев составляет менее 5%. Этого количества эндогенного пара недостаточно для образования и длительной деятельности современных гидротермальных систем /22/.

Детальные работы по изучению геологических структур гидротермальных систем привели исследователей к выводу, что последние связаны с особыми, активными в течение длительного времени геологическими структурами в современных вулканических районах. Они пронизывают земную кору и служат каналами для магматического материала, движущегося от уровней верхней мантии к поверхности земли /22/. Такие структуры получили название долгоживущих вулканических центров. Хотя этот термин уже утвердился в литературе /22, 54, 62, 98/, его понимание не однозначно. Кроме того, в литературе употребляются близкие к нему понятия "долгоживущий магматический и металлогенический центр" /37/, "вулканический центр" /84, 85/, "центр эндогенной активности" /55/. Здесь мы будем пользоваться термином "долгоживущий вулканический центр" в понимании В.И.Белоусова /33/, т.е. применительно к структурам современных гидротермальных систем. К таким центрам относятся: Камбальный и Кошелевский - в Паужетском геотермальном районе, Кихпинычский, Узонский и Бурлящий - в Узон-Семячинском геотермальном районе, Мутновский - в Мутновскоы районе и т.д. /22/. Сделав расчет суммарного количества тепла, вынесенного породами разного состава в пределах таких центров, В.И.Белоусов сделал вывод, что "базальтовый вулканизм" является в них самым мощным процессом и превышает сумму тепловых мощностей "кислого вулканизма" и гидротерм в 6-7 раз. Таким образом, подтверждается вывод В.В.Аверьева, что гидротермы и "кислый вулканизм" возникают под действием энергетически более мощного и более глубинного процесса, каким является в данных структурах "базальтовый вулканизм".

Процесс формирования современных гидротермальных систем В.И.Белоусов /22/ разбивает на три этапа: 1) подача глубинного магматического расплава базальтового многокомпонентного состава в верхние горизонты Земли; 2) образование коровых магматических очагов кислого или субкислого расплава за счет избыточного тепла, транспортируемого газообразными и легкоподвижными компонентами; 3) формирование структуры гидротермальных систем в результате теплопотерь при остывании коровых магматических очагов кислого состава.

Для уточнения предложенной схемы были поставлены детальные работы по изучению истории развития кислого корового магматического очага в Узон-Гейзерном районе /26, 50, 150, 151/. Эти работы показали, что этот коровый очаг испытывал в четвертичное время сравнительно быстрые (исчисляемые десятками тысяч лет) эпохи разогрева и остывания, связанные с периодическим внедрением в него высокотемпературной базальтовой магмы. Следовательно, коровый магматический очаг выступал как аккумулятор тепла и обеспечивал тепловое питание гидротермальных систем. Временной разрыв между внедрением базальтов и активизацией кислого вулканизма и гидротермальной деятельности исчислялся, по-видимому, не многими десятками или сотнями тысяч лет, как предполагал В.В.Аверьев, а гораздо более короткими интервалами. Данные, полученные в последние годы по изучению извержения вулкана Аскья в Исландии, показали, что такой интервал мог измеряться годами /163/.

Представления о прямом внедрении магм основного состава в коровые очаги кислых магм и. смешивании их подтверждаются в последние годы обширным петрографическим материалом. Полный обзор работ, сделанных в этой области, приведен в статье B.C.Попова /104/. Как отмечают итальянские исследователи /160/, процесс смешивания магм основного и кислого состава обычен в вулканических районах, характерен для периодов тектонических активизаций и сменяется процессами магматической дифференциации в периоды тектонического спокойствия. На ведущую роль базальтов в тепловом питании современных гидротермальных систем указывают американские исследователи /155/, которые также отмечают, что внедрение базальтов в верхние горизонты земной коры происходит в эпоху ее растяжения /156, 159/.

Таким образом, подходя к анализу структурных условий локализации высокотемпературных гидротерм, мы должны, кроме перечисленных задач, оценить еще состояние коровых магматических очагов в рассматриваемых районах, а, кроме того, обратить особое внимание на выявление эпох растяжения или тектонических активизаций, которые стимулируют деятельность магматических очагов и связанных с ними гидротермальных систем. Все эти вопросы в той или иной мере рассмотрены в нашей работе. Отметим, что под термином "активизация" мы вслед за М.А.Фаворской /121/ понимаем периодически возникающее в определенные эпохи резкое усиление тектонических, магматических или вулканических процессов. Возникновение импульсов повышенной активности сопряжено с еще плохо изученными процессами возмущения глубинных подкоровых масс.

Геологическое строение геотермальных районов, занимающих площадь от нескольких сотен до первых тысяч квадратных километров, изучено неравномерно. Наиболее детально автором рассматриваются участки, изучением которых он непосредственно занимался. Это либо площади, на которых активно проявляется современная гидротермальная деятельность, либо площади с наиболее ярким проявлением тех или иных структурных элементов, изучение которых позволяет выявить структуру геотермальных районов в целом. При обобщении материалов по районам привлекались опубликованные результаты работ других исследователей, а также фондовые материалы Камчатских ПГО, ПГУ, Сахалинского ПГО и Камчатского промыслового управления по использованию глубинного тепла Земли. Автор в процессе работы неоднократно пользовался советами, консультациями, поддержкой В.И.Белоусова, В.М.Сугробова, Е.А.Вакина, И.В.Мелекесцева, Ф.Ш.Кутыева, В.Н.Шарапова, Г.Ф.Пилипенко, С.Ф.Главатских, Е.Н.Гриб, О.Н.Егорова, Н.А.Храмова, В.А.Воронкова, Б.П.Чумака, которым глубоко благодарен. При подготовке к печати рукопись была просмотрена И.Г.Симбиревой, Н.А.Храмовым, М.М.Лебедевым, Л.Г.Наумовым, Б.М.Чиковым, A.M.Боровиковым, И.В.Мелекесцевым и А.П.Хреновым, сделавшими ряд полезных замечаний, учтенных автором. Большую помощь в оформлении работы оказали С.В.Коренева, Г.В.Волкова, Л.Л.Зубарева, В.А.Подтабачный, С.Н.Афанасьева, Л.В.Ананьева. Всем перечисленным лицам автор выражает искреннюю признательность.

     первая глава  наверх