Embedded Files
Проблемы и их решение связи гидротермальной деятельности и кислого вулканизма, рассмотренные в работах Аверьева В.В.( Аверьев , 1971) и Белоусова В.И.(Белоусов 1978; Белоусов и др., 1983) и их коллег, находят подверждение в других регионах современного и молодого вулканизма. В первую очередь, обращают внимание исследования в США в районе Ясного Озера, в Долине гейзеров на Камчатке -кальдере Узон, в Италии на геотермальном поле Лардарелло-Травале, и гидротермально-магматическая система Какконда в Японии.
Магматическая система Ясного Озера (США)
Магматическая система Ясного Озера (США)
Геотермальная система Гейзерс представляет собой часть более крупной верхне-коровой аномалии теплового потока, связанного с неглубокими интрузивными корнями вулканической системы Ясного Озера. Статья Стимака и других (здесь в приложении) даёт региональный контекст более детального исследования Гейзерс Коринг Проекта, путём использования имеющихся в наличии геологических и геофизических данных о магматической системе Ясного Озера, для построения моделей связанных с тепловым потоком.
Рис. 1. Тектоническая схема северо-западной части США (модифицировано из Mooney andWeaver, 1989). Район может разделяться на субдукционный режим на севере Мыса Мендосино и трансформный режим на юге. Ясное озеро (точка в круге) располагается в северной части трансформного режима. Чёрные треугольники маркируют активные и спящие вулканы хребта Каскадных гор: L, Лассен; Sh, Шаста; M, Озеро Медисин; N, вулкан Ньюберри; H, г. Худ; S, г. Сан Хеленс; R, Монт Рейнер; B, г. Бейкер.
Рис. 2. Распределение молодых вулканических пород в районе Ясного озера и вблизи вулканических центров Сонома (взято из Wagner and Bortugno, 1982; Hearn et al., 1988; Donnelly-Nolan et al., 1993; Jennings, 1992). Большая часть разломов принадлежит систем Сан Андреас, но небольшие разломы не показаны. Также показаны кислые вулканические центры упомянутые в тексте
Природа магматических тел верхней коры района Ясного озера изучалась по толщам тесно связанным с кислыми лавовыми потоками г. Конокти, района гг. Кобб и Озеро Боракс. Детальные петрографические и химические исследования показывают, что эти лавы образовались в результате многостадийного смешения кислых и мафических магм в скопления неглубоких коровых очагов ). Извержения кислых толщ обычно начинается с высокотемпературных (>900°C) афировых риолитов (риолиты ручья Турстон и озера Боракс) и постепенно сменяются более раскристаллизованными риолитовыми и дацитовыми лавами.
Рис. 3. Простанственное и временное распределение внутри вулканического поля Ясного озера (взято из Donnelly-Nolan et al., 1993). Кислый вулканизм свидетельствует об общей миграции на север со временем.
Рис. 4. Гипотетический разрез магматической системы Ясное озеро на последней стадии эволюции. Это упрощенный взгляд подчёркивает возможное развитие двухуровневой системы корового магматизма, состоящие из глубокой преимущественно мафической системы и неглубокой преимущественно кислой системы. Упрощенная схема изображает общий вид магматической системы от её образования 2-3 млн. лет назад до 200 тыс лет.
Термальная модель, представленная ниже в данной статье, показывает, что такие скопления неглубоких мелких магматических тел быстро кристаллизуются, если не происходит регулярная их подпитка расплавами. Миграция проявлений вулканизма во времени в северном направлении показывает, что магматическое питание каждой кислой системы было ограничено во времени и в пространстве. Эта петрологическая модель магматической системы Ясного озера в общих чертах соответствует данному тепловому потоку и результатам геофизических измерений, представленным в следующем разделе статьи. Одним из наиболее важных значений этой модели является то, что очень небольшие количества магмы, внедрявшиеся в верхнюю часть земной коры, каждое было извергнуто на земную поверхность.
Кислый магматический очаг в Узон-Гейзерном районе
Кислый магматический очаг в Узон-Гейзерном районе
(Белоусов В.И. , Гриб Е.Н., Леонов В.Л., 1983 в Приложении)
В Узоно-Гейзерном районе исследования были выполнены для экструзивно-эффузивных образований четвертичного возраста.
Наличие в недрах района корового магматического очага является важным фактором, определившим геологические позиции гидротермальных систем (рис.8). Находки в районе кислых пород плиоценового возраста (пачка древних лав) позволяют предполагать, что коровый очаг существовал в недрах района с дочетвертичного времени. Жизнь его претерпевала сменяющие друг друга периоды покоя, когда происходила частичная закристаллизация очага, и периоды активизации.
Рис. 5.Космический снимок Камчатки. Некоторые активные и потухшие вулкана. Показано расположение Долины Гейзеров, Кальдеры Узон,Семячинской гидротермальной системы и Семячинского геотермального района.
Рис.6. Космический снимок Семячикского геотермального района.
Рис. 7 Космический снимок Узоно-Гейзерного района.
Рис. 8. Блок-диаграмма Узоно-Гейзерного района. Точками показаны озерные отложения, заполняющие Узоно-Гейзерную вулкано-тектоническую депрессию. 1 —сопка Узон; 2 — экструзия Озерная; 3— маар оз. Дальнего; 4— экструзия Белая; 5 — пемзовый купол сопки Открытой; экструзии: 6 — Тортик, 7—Останец, 8 — Сестренка, 9 — Круглая, 10— Гейзерная; 11— сопка Дуга; 12 — плато Широкое; 13 — каньон р. Шумной; экструзии: 14 — Гребень, 15—Горное плато, 16 — Рудича, 17 — Бортовая, 18—Первая; 19 — сопка Безымянная, 20— экструзия Желтая, 21—конус Савича
Рис. 9. Схематический разрез, показывающий особенности структурной локализации гидротермальных систем Долины Гейзеров и кальдеры Узон (линия разреза соответствует линии А—Б па рис. 2) 1 — область развития корового магматического очага и связанные с ним экструзии; 2— предполагаемые границы магматического очага; 3 — система кольцевых и конических трещин над очагом, восстанавливаемая по вскрывающимся на поверхности дайкам; 4 — идеализированная верхняя граница очага в период внедрения даек (Q2); 5 — водоносные комплексы: а — верхний, б — нижний; 6 — зоны разломов (стрелки указывают характер перемещения по ним); 7 — направление корового растяжения в районе; 8 - проявления гидротермальной деятельности/
В настоящее время коровый очаг в недрах района, вероятно, продолжает находиться в разогретом состоянии и содержит материал с температурой выше солидуса гранитной системы.
Рис.10.Схематическая геологическая карта района Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии (составлена с использованием материалов 0.А. Брайцевой, Г.Е. Богоявленской, Э.Н. Эрлиха и А.Г.Цикунова)
(1 - аллювиальные и делювиальные отложения; 2 - обвально-осыпные отложения; 3 - лавы андезито-базальтового, андезитового состава (вулканы: Молодой Кихпиныч, Дуга, Тауншиц, маар озера Дальнее); 4 - ледниковые отложения; 5-7 - лавы дацитового (5), риодацитового (6), риолитового (7) состава; 8 - лавы и туфы базальтового, андезито- базальтового состава (вулкан Старый Кихпиныч); 9 -лавы дацитового состава: а - первой фазы, б - второй фазы (комплекс лав г. Малая Горка); 10 - лавы андезитового состава: а - первой фазы, б - второй фазы (комплекс лав Горного Плато); 11 - пемзы, туфы, игнимбриты, связанные с третьим этапом кальдерообразования (а), озерные отложения (б), пачки: I - устьевая, II - гейзерная, III - пемзовая, IV - желтых скал, V - второго озера и Южной котловины, VI - Колорадо, VII - третьего озера; 12 - лавы преимущественно дацитового, риодацитового состава: а - дайковый комплекс, б - бортовой комплекс; 13 - игнимбриты, связанные со вторым этапом кальдерообразования (“узонские”); 14 - лавы базальтового состава (вулканы Узон, Крашенинникова и др.); 15 - озерные отложения и лавы андезитового состава, заполняющие депрессии, связанные с первым этапом кальдерообразования; 16 - игнимбриты, связанные с первым этапом кальдерообразования (“семячикские”); 17 - нерасчлененные отложения докальдерного комплекса (преимущественно лавы базальтового, андезитового, дацитового и риодацитового состава); 18 - эрозионные границы Узон-Гейзерной депрессии; 19 - границы отдельных слоев и потоков внутри выделенных стратиграфических единиц; 20 - шлаковые конусы; 21 - разрывные нарушения (а), термопроявления (б); 22 - эрозионные уступы, ограничивающие речные долины и крупные кратеры. Прямоугольником показан район Долины Гейзеров).
Магматический очаг и гранитная интрузия геотермального района Лардерелло-Травале-
Магматический очаг и гранитная интрузия геотермального района Лардерелло-Травале-
г. Амиата (Италия)
г. Амиата (Италия)
(смотри в приложении Джианелли Дж. и др. )
В южной части провинции Тоскана (Италия) неглубоко расположенные интрузии являются источниками тепла двух самых важных геотермальных районов, Лардерелло и Амита, которые интенсивно разбурены и эксплуатируются ЭНЭЛ в последние десятилетия (рис. 1).
Рис. 1. Карта Южной Тосканы. Профиль А-А' относится к разрезу на рисунке 8, В-В' относится к рис. 9.
Направление разведки посредством сотен мелких и глубоких скважин позволило детально изучить первые 4.5км структуры земной коры. В районе Лардерелло дайки и субвулканические тела гранитов часто вскрыты глубокими скважинами. До > 4.5 км структура может экстраполироваться только по результатам сейсмических, магнитотеллурических исследований, по тепловому потоку и гравиметрическим данным.
Рис. 2. Геологический разрез геотермального поля Лардерелло: 1 – неоген, осадки; 2 – юра-третичные, аллохтонные офиолиты и флиш; 3 – мезозойские известняки и доломиты; 4 – триас-палеозой, тектонические оползни; 5 – палеозой, филлиты и кварциты; 6 – палеозой-докембрий, слюдистые сланцы; 7 – палеозой-докембрий, гнейсы; 8 – К- сейсмический отражающий горизонт; 9 – разломы; 10 –геотермальные скважины. (Batini et al., 1985a)
На геотермальном поле Монте Амиата (Баньоре, Пьянкастаньяйо и Поджио Ниббио, см. рис. 3) максимальная глубина 4.5км была достигнута скважинами. Главным геологическим отличием от Лардерелло является природа метаморфического субстрата, который сложен, в основном, палеозойскими (позднее девонскими – Верне пермскими) графит содержащими филлитовыми кварцитами и филлитами (содержание графита от 0.83 до 2.47 вес%), метапесчаники с карбонатом и хлоритовый филлит с доломититом (Pandeli et al., 1988). Ксенолиты, найденные в лавох М.Амиата (van Bergen, 1983) позволяют предполагать, что слюдистый сланец может находиться ниже этих горизонтов. На г. Амиата небольшие обломки двуслюдистого гранита были найдены в скважине РС16 bis (Gianelli et al., 1988). Широко распространенные после тектонические ВТ-НД (высокотемпературные при низком давлении) комплексы минералов также были обнаружены во всех Тосканских геотермальных полях (Cavarretta et al., 1980; Bertini etal., 1985). Достижение температур до 6000С во время контактового метаморфизма доказывается присутствием равновесных текстур корунд+КПШ(Del Moro et al., 1982; Batini et al., 1983b). Кроме того, высокотемпературный минерал волластонит представлен, как на Лардерелло, так и на М.Амиата и широкое развитие биотита по альпийским хлориту и мусковиту показывают минимальную температуру 3500С. Также на геотермальном поле Монте Амиата (Баньоре, Пьянкастаньяйо и Поджио Ниббио, см. рис. 3) максимальная глубина 4.5км была достигнута скважинами.
Также на геотермальном поле Монте Амиата (Баньоре, Пьянкастаньяйо и Поджио Ниббио, см. рис. 3) максимальная глубина 4.5км была достигнута скважинами. Главным геологическим отличием от Лардерелло является природа метаморфического субстрата, который сложен, в основном, палеозойскими (позднее девонскими – Верне пермскими) графит содержащими филлитовыми кварцитами и филлитами (содержание графита от 0.83 до 2.47 вес%), метапесчаники с карбонатом и хлоритовый филлит с доломититом (Pandeli et al., 1988). Ксенолиты, найденные в лавох М.Амиата (van Bergen, 1983) позволяют предполагать, что слюдистый сланец может находиться ниже этих горизонтов. На г. Амиата небольшие обломки двуслюдистого гранита были найдены в скважине РС16 bis (Gianelli et al., 1988). Широко распространенные после тектонические ВТ-НД (высокотемпературные при низком давлении) комплексы минералов также были обнаружены во всех Тосканских геотермальных полях (Cavarretta et al., 1980; Bertini etal., 1985). Достижение температур до 6000С во время контактового метаморфизма доказывается присутствием равновесных текстур корунд+КПШ(Del Moro et al., 1982; Batini et al., 1983b). Кроме того, высокотемпературный минерал волластонит представлен, как на Лардерелло, так и на М.Амиата и широкое развитие биотита по альпийским хлориту и мусковиту показывают минимальную температуру 3500С. Также на геотермальном поле Монте Амиата (Баньоре, Пьянкастаньяйо и Поджио Ниббио, см. рис. 3) максимальная глубина 4.5км была достигнута скважинами. Главным геологическим отличием от Лардерелло является природа метаморфического субстрата, который сложен, в основном, палеозойскими (позднее девонскими – Верне пермскими) графит содержащими филлитовыми кварцитами и филлитами (содержание графита от 0.83 до 2.47 вес%), метапесчаники с карбонатом и хлоритовый филлит с доломититом (Pandeli et al., 1988). Ксенолиты, найденные в лавох М.Амиата (van Bergen, 1983) позволяют предполагать, что слюдистый сланец может находиться ниже этих горизонтов. На г. Амиата небольшие обломки двуслюдистого гранита были найдены в скважине РС16 bis (Gianelli et al., 1988). Широко распространенные после тектонические ВТ-НД (высокотемпературные при низком давлении) комплексы минералов также были обнаружены во всех Тосканских геотермальных полях (Cavarretta et al., 1980; Bertini etal., 1985). Достижение температур до 6000С во время контактового метаморфизма доказывается присутствием равновесных текстур корунд+КПШ(Del Moro et al., 1982; Batini et al., 1983b). Кроме того, высокотемпературный минерал волластонит представлен, как на Лардерелло, так и на М.Амиата и широкое развитие биотита по альпийским хлориту и мусковиту показывают минимальную температуру 3500С.
Глубинная геотермальная система Лардерелло-Травале/Радикондоли
Глубинная геотермальная система Лардерелло-Травале/Радикондоли
(приложение Бертани и др.)
(приложение Бертани и др.)
Первая геотермальная скважина была пробурена в 1932 году, но продуктивный неглубокий карбонатный резервуар Тосканского Покрова был достигнут в 1926 году. Интенсивная эксплуатация производилась на площади 180км2 до конца 70х годов, когда были достигнуты пределы неглубокого продуктивного резервуара. Эти пределы показаны на рисунке 3 более светлыми оттенками по 200-градусной изотерме в кровле резервуара (менее чем на глубине 1000м). Давление в этом неглубоком резервуаре снизилось в результате долговременной промышленной эксплуатации и сейчас находится в пределах 2.5-0.7 МПа и в некоторых местах ещё с более низкими значениями.
Рис. 3. Распределение температур на кровле неглубокого резервуара (прим. 1000м): обнажения водовмещающих толщ выкрашенные в голубой цвет.
Программа глубинной разведки была начата в 1980-х, и было доказано существование глубинных продуктивных горизонтов в метаморфическом фундаменте, подстилающем карбонатно-эвапоритовый резервуар. Результаты реализации этой программы были очень обнадёживающие и привели к реализации новых разведочных проектов.
Разведка района Травале- Радикондоли началась в 1930 году вблизи естественных термопроявлений, но его промышленная эксплуатация эффективно началась лишь в 50х годах. Были идентифицированы два основных не глубоких карбонатно-эвапоритовых резервуара: (А) Горст: на 600-800 метровой глубине с очень высокой производительностью разведан в 70х годах и характеризуется давлением 6МПа и температурой 2700С. Продуктивность этого района сейчас установилась примерно на 40кг/с пара с давлением 1.9МПа. (В) Грабен: разведан в 80х годах на глубинах 1300-2500м; продуктивный район идентифицирован и эксплуатировался. Давление снизилось с первоначального 6МПа до 3.9МПа, а расход пара стабилизировался на 30кг/с. Расположение не глубокой геотермальной системы, показанной на рисунке 1, ограничено по изотерме 2000С. Программа глубинной разведки была также нацелена на метаморфический фундамент в этом районе, и были получены положительные результаты, как и в районе Лардерелло. Глубинная система оконтуривается также по району обнажений пород карбонатного резервуара (т.е. по нисходящему потоку холодных метеорных вод), но там, где непроницаемые слои в метаморфических породах отделяют не глубокую циркуляцию холодных вод от глубинного резервуара.
Глубинный резервуар Лардерелло-Травале/Радикондоли имеет температуре 300-3500С и давление 4-7МПа на всей площади своего распространения. Он представляет собой огромную глубинную геотермальную систему, площадь которой 400км2, расположенную под мало глубинными карбонатными резервуарами и также под зонами, где термальный градиент вблизи дневной поверхности был очень небольшим без присутствия источников или газовых поверхностных проявлений.
Для некоторых выбранных глубоких скважин в каждом районе будут представлены следующие данные: стратиграфические колонки, сейсмические съёмки, расположение продуктивных структур.
Два сейсмических отражающих горизонта, Н и К представляют самых важных глубоких сейсмических горизонта, определяемые трехмерными и двух мерными исследованиями. «Н» может интерпретироваться в качестве метаморфического контактного ореола старой (2-3 млн. лет) гранитной интрузией. Он обычно совпадает с глубинным резервуаром. «К» горизонт никогда не был обнаружен в этом районе: он может интерпретироваться как метаморфический контактный ореол четвертичной гранитной интрузии (Рис. 4).
Рис. 4. Схематическая структурная модель Геотермального поля Травале (Bertini et al., 2005, Proceedings World Geothermal Congress 2005 )
Гидротермально-магматическая система Какконда в Японии.
Гидротермально-магматическая система Какконда в Японии.
Рис. 1. Разрез и модель магмо (изверженной)-гидротермальной системы геотермального поля Какконда (Uchida et al., 1996, Shigeno, 2000)
Рис. 2.Модель источника геотермального тепла на Какконда и окружающего района (Tamanyu, 1991, частично уточнённая, Tamanyu, 2000, 2001).
Структуры магматических систем геотермальных районов (смотри Приложение)
Структуры магматических систем геотермальных районов (смотри Приложение)
Тесная пространственная локализация нескольких гидротермально-магматических систем обусловлена их геологическими позициями, которые связаны с процессами рифтогенеза в областях современного вулканизма. В этих соотношениях важную роль играют магматические системы в земной коре, которые могут рассматриваться, как в качестве источника тепловой энергии, так и в качестве системы механизмов тепломассопереноса геотермальной энергии с уровней верхней мантии, где происходит генерация основной количества тепловой энергии, обеспечивающего деятельность гидротермальную и магматическую активность геотермального района.
Модель земной коры, построенная по геологическим и геохимическим данным, выявила неожиданные особенности строения её нижней части, что не вытекало из интерпретации данных поверхностной геологии и привело к выводу, что Мессум был эруптивным центром, по меньшей мере, 8600км3 фельзитовой магмы, образовавших бимодальные плато-базальты Парана-Етендека (рис.10)
Рис. 10. (А) Карта Намибии, показывающая сейсмический профиль, а также ранние меловые комплексы изверженных пород Кейп Кросс, Мессум, Брандберг. (В) Геологическая карта траверса СИМБА. Кольцевые рисунки гранитов и сиенитов центра Мессум показывают размещение редких обнажений фельзитовых пород, которые слишком малы, чтобы показать каждое из них в отдельности
Сейсмические данные, полученные методом отраженных волн за пределами комплекса Мессум, показали сейсмически прозрачную земную кору до 20км, которая подстилается корой с ламинарным отражением. Отражение в нижней части земной коры исчезает на глубине 36-40км, которая совпадает с расположением границы Мохо.Уникальные исследования геофизическими методами (сейсмической томографией, гравиметрией и магнитометрией) кольцевого комплекса Мессум в Намибии в значительной степени подтвердили реальность таких магматических структур в недрах рифтовых структур (рис. 11).
Рис. 11. Интерпретированный разрез земной коры под комплексом Мессум, посроенный на основании комбинации интерпретации геофизических данных этого исследования (показаны зоны отражения и изолинии Vp и предполагаемая структура верхней части земно коры в сочетании с данными геологических исследований на земной поверхности). Размер и форма интрузий в недрах земной коры -предполагаемые. Серая и черная окраска обозначают разные эпизоды внедрения базальтовой магмы.
Page updated
Google Sites
Report abuse