Геохимия газогидротермальных источников вулканов Эбеко и Мутновский

• Автор: Абросимова, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 25.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ состояния проблемы

1.1. Перенос химических элементов в газовой фазе по литературным данным

1.1.1. Состав сублиматов и инкрустаций

1.1.2. Состав конденсатов фумарольных газов

1.2. Перенос химических элементов водными растворами по литературным данным

ГЛАВА 2. Объект исследования

2.1. Геологическое строение вулкана Мутновский

2.2. Геологическое строение вулкана Эбеко

ГЛАВА 3. Методы исследования
3.1. Полевые исследования
3.2. Лабораторные исследования
ГЛАВА 4. Состав вулканических газов вулканов Эбеко и Мутновский
4.1. Химический состав самородной серы
4.1.1. Макро- и микроэлементный состав самородной серы
4.1.2. Минеральный состав включений в самородной сере
4.1.3. Состав водных вытяжек из самородной серы
4.2. Химический состав конденсатов парогазовой смеси серных фумарол вулканов Эбеко и Мутновский
4.3. Химический и минеральный состав современных минералов термальных площадок
ГЛАВА 5. Состав гидротермальных источников на фумарольных полях вулканов Эбеко и Мутновский
5.1. Гидрохимия гидротермальных источников вулкана Эбеко
5.2. Гидрохимия гидротермальных источников вулкана Мутновский
5.3. Химические формы нахождения элементов в растворах вулканов Эбеко и Мутновский, и
состав донных осадков котлов вулкана Эбеко
ГЛАВА 6. Анализ взаимодействия гидротермальных растворов с породами
вулканических построек вулканов Эбеко и Мутновский
6.1. Состав пород изучаемых вулканов
6.1.1 Химический состав и петрографические характеристики изверженных пород вулкана Мутновский
6.1.2. Химический состав и петрографические характеристики изверженных пород вулкана Эбеко
6.2. Сравнительная характеристика химического состава растворов и вмещающих пород
вулканов Эбеко и Мутновский
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Перенос химических элементов газогидротермальными потоками и взаимодействие таких потоков с породами широко обсуждается в геохимической литературе (Шварцев и др., 2007; Evans et al.„ 200В). Взаимодействия вода-порода-газ играют важную роль в функционировании гидротермально-магматических систем (Рычагов и др., 2002; Evans et al., 2008). Данные о составах газовых потоков и растворов могут быть использованы для прогнозирования и мониторинга вулканической активности (Symonds et al., 1987; Hinsberg et al., 2010). Газовые и водные потоки играют важную роль в формировании рудных отложений, осуществляя перенос значительной части химических элементов и их соединений из магматической конвективной ячейки в гидротермальную (Набоко, 1980; Symonds et al., 1987; Hedenquist and Lowenstern 1994; Рычагов и др., 2002). Модели строения и функционирования вулкано-гидротермальных систем базируются на геохимических данных о составе горячих источников, серных фумарол и кипящих котлов, которые являются «окном» в магматическую систему (Hedenquist and Lowenstern, 1994; Бессонова, 2004; Hinsberg et al., 2010).
Активные вулканы являются очень интересными объектами. Их исследование дает уникальную возможность проследить геохимическую эволюцию растворов, поступающих из глубины на поверхность, изучить процессы взаимодействия, поднимающихся растворов с вмещающими породами и ответить на вопрос о возможных источниках химических элементов в гидротермах вулканов. На термальных полях современных вулканов активно протекают процессы взаимодействия вода-порода-газ. Растворы термальных источников и парогазовая фаза серных фумарол интенсивно изменяют вмещающие породы, что является общей чертой активных вулканов.
Состав газогидротермальных растворов в областях активного вулканизма характеризуется широкими вариациями как в содержании основных породообразующих элементов (Al, Fe, Са, Mg, Na, К), так и в содержании микроэлементов. Это проявляется на примере многих вулканических центров, демонстрирующих спектр составов вод от ультракислых до карбонат содержащих. Наблюдаемые вариации в элементном составе растворов указывают как на гомогенность/гетерогенность источников формирования этих растворов, так и на последующую эволюцию производных магматического флюида. Формирующиеся при этом разнообразные растворы отражают различные условия взаимодействия вода-порода и различия в строении подводящих каналов (Шварцев и др., 2007; Бортникова и др.. 2008).

Несмотря на большой объем существующих данных о поведении химических элементов в газовых и водных потоках, остаются малоизученными вопросы о формах миграции и источниках химических элементов. С развитием аналитических методов появляются новые возможности определения широкого круга элементов в вулканических продуктах, а с развитием геофизических методов появляются новые инструменты исследования подповерхностного пространства.
Целью работы является количественное описание геохимии процессов миграции химических элементов в водных и газовых потоках на активных вулканах.
Основные задачи исследования следующие:
1. Определить гидрохимические параметры термальных растворов в поверхностных разгрузках и состав конденсатов парогазовой смеси серных фумарол.
2. Определить химический состав вмещающих вулканогенных пород (различной степени измененное™), гидротермальных новообразований (современные минералы термальных площадок, донные осадки кипящих котлов, самородная сера).
3. Описать поведение химических элементов в процессе взаимодействия термальных растворов и газовых потоков с вмещающими породами вулканических построек вулканов.
4. На основе результатов геофизических измерений и геохимических параметров изучаемой системы построить модель, описывающую процесс миграции химических элементов в близповерхностном пространстве вулкано-гидротермальной системы.
Объектами исследования были выбраны два активных вулкана Мутновский и Эбеко, которые расположены в пределах Курило-Камчатской островной дуги. На этих вулканах хорошо проявлена активная фумарольная деятельность с мощными фумарольными полями. В пределах фумарольных полей непрерывно функционируют фумаролы, грязевые и водяные котлы. Составы растворов грязевых котлов вулкана Мутновский и конденсатов парогазовой смеси серных фумарол вулкана Эбеко отличаются от аналогичных термопроявлений на других известных вулканах мира.
Фактический материал. В основу диссертационной работы положен фактический материал, собранный в результате полевых геолого-геохимических и геофизических исследований 2001-2012 гг. на вулканах Эбеко и Мутновский (с активным участием автора в последние годы). Основная часть коллекции образцов вмещающих пород изучаемых вулканов предоставлена А.Я. Шевко, М.П. Гора, Е.П. Бессоновой (ИГМ СО РАН). В ходе работ отобрано и проанализировано 154 образца твердого вещества (вмещающие породы, самородная сера, выцветы, донные осадки термальных источников и котлов) на широкий спектр элементов и 70 образцов вмещающих пород на содержание основных

открытой трещиноватости вулканогенных пород четвертичного возраста и вулканогенноосадочных пород палеоген-неогенового возраста (Белоусов и др., 2002).
Характеристика фумарольных полей вулкана Эбеко
На вулкане Эбеко было исследовано четыре фумарольных поля и термопроявлення реки Юрьева. Расположение исследуемых объектов показано на рисунке 2.7.
Северо-Восточное фумаролыюе поле
Северо-Восточное фумарольное поле расположено у подножия Северного кратера вулкана (там, где расположена активная воронка), имеет площадь ~ 0.02 км2, средняя высота над уровнем моря составляет 1020 м. Наиболее низкое расположение среди изучаемых полей и чашеобразная геометрия поля явились причиной того, что на Северо-Восточном поле идет основная гидротермальная разгрузка вулканической деятельности влк. Эбеко. На поле постоянно действуют 2 кипящих котла и несколько фумарол, среди которых самая мощная -«Ревущая» (Рисунок 2.8).
Фумаролы представляют собой невысокие постройки (до 50 см). Температура газов всех фумарол не более 110°С (Котенко и Котенко, 2007), а растворов котлов 96-100°С. На описываемом фумарольном поле, в западной его части, расположен котел «Большой», который привлекает внимание своими размерами ~ 2 метра в диаметре и бурлящей -кипящей водой. Вокруг котла образовалась обширная зона выцветов (Рисунок 2.8). В границах Северо-Восточного поля берет начало один из истоков ручья Лагерного.
Рисунок 2.8 - Северо-Восточное фумарольное поле с расположенными на нем серными фумаролами, кипящими котлами и термальными площадками
Июльское фумаролыюе поле
Июльское фумарольное поле граничит с Северо-Восточным полем и расположено к западу от него (Рисунок 2.9). Рассматриваемое поле прилегает ближе остальных к Северному кратеру с активной воронкой. Фумарольное поле образовалось в 2005 году, для него была характерна мощная фумарольная деятельность с температурами газов до 580°С (Котенко и др., 2008). В составе газов почти в равных долях содержались СОг, Б02, НС1 (Котенко и Котенко, 2007). После серии фреатических извержений вулкана в 2009-2010 гг. мощность фумарол упала, температура газов снизилась до 110°С, уже в сентябре 2009 года