оглавление 

начало монографии     предыдущая глава      следующая глава

Первую оценку возраста гидротермальной деятельности в Долине Гейзеров дал В.В.Аверьев /2/. Основываясь на изучении отложений горячих источников, он оценил ее минимальный возраст в 10 тыс. лет. Дальнейшее изучение этого района и определение возраста структур, в пределах которых вскрываются термопроявления, позволили оценить возраст гидротермальной системы Долины Гейзеров в 250-300 тыс. лет /26/. Для гидротермальной системы Большого Семячика на основе сопоставления времени ее образования со временем становления в ее недрах магматического очага кислого состава также был сделан вывод о среднечетвертичном возрасте /31/. Тесная временная связь с полями развития среднечетвертичных кислых пород установлена также для гидротермальной деятельности в Северо-Мутновской зоне /35, 130/. Менее определенные данные имеются о возрасте гидротермальной деятельности в районе Кошелевского массива и на Камбальном хребте. В первом случае считается, что гидротермальная деятельность протекала в течение всего четвертичного времени /34/. Во втором случае возраст гидротермальной деятельности оценен моложе 6 тыс. лет /27/. Однако его, по-видимому, нельзя относить к гидротермальной системе в целом, так как в осевой зоне Камбального хребта имеются гидротермально измененные породы среднечетвертичного возраста, перекрытые неизмененными позднечетвертичными лавами. Это заставляет предполагать, что гидротермальная деятельность здесь была активной не только в голоцене, но и в верхнем плейстоцене, а возможно и раньше.

Возраст высокотемпературной Больше-Банной гидротермальной системы, по данным Ю.П.Трухина /118/ оценивается средним плейстоценом, или в 180-350 тыс. лет /67/.

Таким образом, имеющиеся оценки возраста высокотемпературных гидротермальных систем Камчатки показывают, что большинство из них имеют среднеплейстоценовый возраст. Однако все имеющиеся оценки основаны на косвенных данных. Абсолютных датировок гидротермально измененных пород для Камчатки в настоящее время не имеется. Японские исследователи провели датирование гидротермально измененных пород с помощью углеродного, трекового /165/ и термолюминисцентного /166/ методов. Для восьми типичных геотермальных полей Японии было показано, что гидротермальная деятельность в них связана по времени с эпохами вулканизма и они могут быть разделены на три типа A, В и С /165/.

Геотермальные поля типа А связаны с плиоцен-раннечетвертичным вулканизмом. Для них отмечается тенденция к длительной и устойчивой гидротермальной деятельности. Характерно, что зоны гидротермально измененных пород на таких полях почти всегда совпадают с современными гидротермами, а перекрытие относительно более древних гидротермально измененных пород неизмененными молодыми породами встречается редко. На Камчатке к полям такого типа можно отнести, по-видимому, Паратунскую гидротермальную систему, возраст которой Ю.П.Трухин /118/ оценивает более чем в миллион лет.

Геотермальные поля типа В связаны со средне-верхнечетвертичным вулканизмом. На них встречаются как площади с молодыми гидротермально измененными породами, которые формируются в настоящее время, так и площади с древними гидротермально измененными породами, перекрытыми более молодыми неизмененными отложениями. Устанавливается обычно несколько периодов развития гидротермальных изменений. Так, в гидротермальной системе Тамагава выявлены зоны гидротермально измененных пород, имещие возраст древнее 40000 лет, моложе 27000 лет, древнее 5000 лет и современные. Гидротермальные поля типа В развиты очень широко. К ним относится также гидротермальная система в кальдере вулкана Хаконе /97/, геотермальное поле Каверау в Новой Зеландии /153/ и все рассмотренные выше высокотемпературные гидротермальные системы Камчатки.

Геотермальные поля типа С связаны с позднечетвертичным вулканизмом. Основной период формирования гидротермально измененных пород на них имеет возраст около 10000 лет. Встречаются и современные высокотемпературные проявления. В целом японские исследователи делают вывод об очень небольшой продолжительности гидротермальной активности на них /165/.

Из приведенных данных следуют два вывода. Это, во-первых, то, что высокотемпературные гидротермальные системы Камчатки, связаны, по-видимому, со средне-верхнечетвертичным вулканизмом и для них в большинстве случаев необходимо предполагать несколько периодов развития гидротермальных изменений. И, во-вторых, то, что гидротермальная деятельность проявляется ритмически и связана с эпохами активизации вулканической деятельности.

На Камчатке, как и в целом в Западной части Тихоокеанского кольца, наиболее крупные активизации вулканической деятельности в четвертичное время (особенно, кислого вулканизма) отмечаются в среднем плейстоцене (150-250 тыс. лет назад), в верхнем плейстоцене (50-60 тыс. лет назад) и в позднем плейстоцене - голоцене /142,143/. В интервале 250-600 тыс. лет отмечается значительное ослабление вулканической активности /103/ (рис. 24). Эти данные согласуются с выводом японских исследователей о трех этапах вулканизма - плиоцен-раннечетвертичном (по-видимому, проявившемся ранее 600 тыс. лет назад), средне-верхнечетвертичном (с обособленными активизациями 150-250 и 50-80 тыс. лет назад) и позднечетвертичном - голоценовом. Для последнего этапа в настоящее время имеются детальные данные, что позволило В.Д.Пампуре /98/ сопоставить периоды активизации гидротермальных систем Японии (данные К.Суми и И.Такашима /165/) с диаграммой распределения во времени датированных вулканических пород в интервале 0-45 000 лет для северо-западной части Тихоокеанского кольца (данные Э.Н.Эрлиха и И.В.Мелекесцева /142, 143/). Было сделано заключение, что эпохи активизации гидротермальной деятельности за этот период также совпадают с крупнейшими вспышками кислого и среднего по составу вулканизма /98/.

Рис.24. Диаграмма "время-объем" четвертичных основных (1) и кислых (2) вулканических пород Камчатки, составлена по материалам Э.Н.Эрлиха, И.В.Мелекесцева /143/, Б.Г.Поляка, И.В.Мелекесцева /103/ и др. Наиболее интенсивный цвет соответствует наиболее кислым породам внутри временных интервалов. На круговых диаграммах показаны направления разрывных нарушений, активных в разные промежутки времени.

Таким образом, вывод, сделанный ранее многими исследователями о том, что гидротермальная деятельность и проявления кислого вулканизма тесно связаны в пространстве /2, 30, 99/, может быть в настоящее время дополнен тем, что эти два явления связаны также во времени и проявляются синхронно.

На основании данных, полученных К.Суми и И.Такашимой /165/, следует считать, что отдельные ритмы гидротермальной активности имеют продолжительность всего около 3-5 тыс. лет. В то же время, как было показано выше, жизнь высокотемпературных гидротермальных систем продолжается сотни тысяч лет, т.е. эти системы должны представлять собой такие структуры, которые, возникнув, сохраняют длительное время устойчивое положение в пространстве и развиваются, испытывая многократные активизации. В.И.Белоусов /22/ выделил эти структуры в особый тип и описал их как долгоживущие вулканические центры. К таким структурам он отнес Кошелевский массив, Камбальный хребет, Северо-Мутновскую вулкано-тектоническую зону, массивы Большой Семячик и Кихпиныч и т.д. Выше было показано, что главной особенностью этих структур является то, что они сложены в основном породами средне-верхнечетвертичного возраста, среди которых большую роль играют породы кислого состава. Эти структуры были сформированы, по-видимому, в период среднечетвертичной активизации вулканической деятельности и представляли собой в это время устойчивые в пространстве проницаемые структуры земной коры, по которым магматический материал из недр поступал на поверхность земли. Устойчивость в пространстве и широкое развитие пород кислого состава позволяют предполагать, что в недрах таких структур расположены коровые магматические очаги кислого состава. Наличие таких очагов в районе Камбального хребта, в недрах Большого Семячика и в ряде других мест предполагается и по геофизическим данным /19, 20, 60/. В то же время отмечается, что выделение коровых магматических очагов по геофизическим данным на Камчатке в настоящее время остается проблематичным /18/.

Детальное изучение геолого-структурных и петрографических данных в ряде случаев позволяет достаточно уверенно выделить коровые магматические очаги, существовавшие в прошлом в тех или иных районах. Нами был детально изучен подобный очаг в недрах Узон-Гейзерной структуры и восстановлена его эволюция в средне-верхнечетвертичное время /26, 50/. Она была подробно рассмотрена выше, при описании Семячикского района. В целом, полученный материал показывает, что в средне-верхнечетвертичное время очаг в районе испытал три эпохи активизации, каждая из которых начиналась с раскрытая трещин и внедрения в область развития корового магматического очага высокотемпературных базальтовых магм. На поверхность каждый раз поступали сначала лавы или пирокластика смешанного состава, а затем наблюдалось последовательное поступление лав, изменяющихся по составу от основных и средних до кислых. Со временем, с периода среднечетвертичной активизации происходит постепенное увеличение степени кристалличности лав, свидетельствующее о постепенной закристаллизации очага. Об этом же свидетельствует резкое уменьшение объема лав, излившихся в связи с последним периодом позднеплейстоцен-голоценовой активности.

Изложенные данные показывают, что за последние 100 тыс. лет очаг два раза испытывал разогрев от температур, близких к солидусу, до 1000° С и выше. При этом трижды в очаг внедрялась базальтовые магмы с температурой около 1300°С и каждый раз состав магмы в очаге изменялся от среднего до кислого /50/. Эти данные согласуются с данными Э.Н.Эрлиха и И.В.Mелекесцева /142, 143/ о ритмичности проявлений кислого вулканизма на Камчатке и о том, что петрологические процессы в магматических очагах могут происходить с большой скоростью. Процессы, подобные вышеописанным, изучены в настоящее время также на вулканических центрах Италии /160/.

Таким образом, мы должны признать, что коровые магматические очаги, расположенные или располагавшиеся в недавнем прошлом в недрах, по-видимому, большинства высокотемпературных систем Камчатки, не являются долгоживущими, а вместе с гидротермальной деятельностью, связанной с ними, испытывают многократные периоды остывания и разогрева продолжительностью в тысячи и десятки тысяч лет.

В то же время длительное и устойчивое положение магматических очагов в пространстве и многократное возобновление их деятельности свидетельствуют о том, что они связаны с какими-то более мощными и более продолжительными процессами, протекающими на больших глубинах. В.В.Аверьев /2/ считал, что к таким процессам может относиться внедрение в верхние горизонты земной коры горячего водного флюида, который рассматривался им как главный агент особой формы вулканизма, в рамках которой явления кислого вулканизма и гидротермальная деятельность предстают как ассоциация различных проявлений этого единого процесса. Появление водного флюида В.В.Аверьев считал реакцией земных недр на тепловой импульс, связанный с андезито-базальтовым вулканизмом, предваряющим обычно явления кислого вулканизма и гидро-термальную деятельность.

Сравнение оценок тепловой мощности различных типов вулканизма и гидротермальной деятельности позволило В.И.Белоусову /22/ поддержать точку зрения В.В.Аверьева о том, что гидротермы и кислый вулканизм возникают под действием такого энергетически более мощного (в 6-7 раз) и более глубинного процесса, каким является базальтовый вулканизм. Полученные нами в последние годы данные о механизме периодов активизации в деятельности корового магматического очага в недрах Узон-Гейзерной структуры и соответственно о механизме теплового питания гидротермальных систем в этом районе /26, 50, 150, 151/ показывают, что наиболее активную роль на всех этапах развития структуры играли базальтовые магмы. Они являлись переносчиком тепла, активизировавшим кислую вулканическую и гидротермальную деятельность. Это согласуется с данными /161, 162/ о том, что высокие температуры плавления, высокая теплоемкость, и низкая вязкость базальтов делают их наиболее эффективным переносчиком тепла для коровых магматических процессов.

Приведенные соображения позволяют рассматривать коровые магматические очаги в основном как аккумуляторы тепла, поступающего с более глубоких уровней с базальтовыми магмами. Сами эти очаги могут быть источником тепла для гидротерм, как это было показано выше, лишь тысячи и десятки тысяч лет и при отсутствии поступления тепла извне сравнительно быстро застывают. Таким образом, длительность существования гидротермальных систем всецело зависит от поступающих из глубоких недр базальтовых магм.

Геофизические данные показывают, что основные магматические очаги под вулканами располагаются в переходном от коры к мантии слое, в сравнительно небольшом интервале глубин - от 20-30 до 50-60 км /18/. При этом они представляют собой места скопления выплавок вещества мантии, перемещающихся на эти уровни с еще больших глубин (не менее 250-300 км). С.А.Федотов /122/ назвал такие очаги промежуточными, в отличие от коровых (располагающихся в толще коры) и периферических (располагающихся на небольшой глубине под вулканами).

Существование промежуточных магматических очагов вблизи описанных геотермальных районов можно предполагать на основе гравиметрических данных. Такие крупнейшие на Камчатке отрицательные аномалии силы тяжести, как Узонская, Паужетская и Толмачевская, которые создаются объектами, расположенными в нижних частях земной коры /60, 116/, либо совпадают с геотермальными районами, либо находятся в непосредственной близости от них. Это позволяет считать, что промежуточные магматические очаги в этих районах не только наиболее активны в настоящее время, но и наиболее приближены к поверхности. При этом если верхние периферические и коровые магматические очаги способны сравнительно быстро остывать и в настоящее время геофизическими работами не всегда могут быть выявлены, то более глубокие очаги сохраняют близликвидусные температуры значительно дольше и геофизическими методами фиксируются более уверенно. Это согласуется с расчетными данными, показывающими, что в гипабиссальных условиях время остывания интрузивов составляет десятки и первые сотни тысяч лет, а с глубиной резко растет, достигая миллионов лет /128, 129/. На рис. 25 показана принципиальная схема строения недр геотермальных районов, построенная с учетом данных, изложенных выше, а также с учетом других работ по вулканическим районам мира.

Рис.25. Принципиальная схема строения недр геотермальных районов 1 - предполагаемые области развития периферических, промежуточных и коровых магматических очагов; 2 - системы трещинных зон и даек, развитых в промежутках между магматическими очагами; 3 - область нагрева поверхностных вод, в пределах которой формируется гидротермальная система; 4 - водоносный горизонт; 5 - вулканические постройки; 6 - сбросы, фиксированные на поверхности; 7 – кальдеры

Приведенные материалы показывают, что расположение высокотемпературных гидротермальных систем группами и объединение их в геотермальные районы, предложенное В.В.Аверьевым, закономерно. Оно обусловлено большой глубиной и большими размерами их корневых зон, которые играют главную роль в объединении на поверхности высокотемпературных гидротермальных систем в геотермальные районы.

Соотношение геотермальных районов и центров эндогенной активности, выделенных в последние годы на Камчатке Ю.П.Масуренковым, О.Н.Егоровым и др. /55, 82, 84, 85/ сложнее, формирование таких центров может происходить в течение 20-30 млн. лет /55, 87/. За этот период в их развитии прослеживается ряд состояний (стадий), смена которых, вероятно, подчиняется региональным этапам структурных перестроек /55/. Современные высокотемпературные гидротермальные системы, сформировавшиеся, как было показано выше, в средне-верхнечетвертичное время, связаны соответственно со среднечетвертичным этапом структурных преобразований /145/. Они наложены на центры эндогенной активности и проявляются в них лишь в тех местах, где эти структуры пересекаются глубинными разломами северо-восточного простирания и где имеются разломы поперечных направлений. Со многими центрами эндогенной активности (например, Корякcко-Быстринским, Налачевским, Авачинским, Сторожевским) современная высокотемпературная гидротермальная деятельность вообще не связана.

На рис. 26 видно, что геотермальные районы, выделенные вдоль Восточного вулканического пояса Камчатки (Паужетский, Мутновский и Семячикский), теснейшим образом связаны с крупнейшими на Камчатке отрицательными аномалиями силы тяжести. Они не только являются наиболее прогретыми участками земной коры, но также характеризуются наибольшими объемами кислого материала, извергнутого в средне- верхнечетвертичное время. Границы Мутновского и Семячикского геотермальных районов должны быть расширены. Выше показана необходимость включения в понятие геотермального района глубоких корневых зон, фиксируемых, по-видимому, в настоящее время крупнейшими на Камчатке отрицательными аномалиями силы тяжести. Это заставляет предполагать, что такие высокотемпературные гидротермальные системы, как Больше-Банная, Северо-Мутновская и Жировская, расположенные вблизи Толмачевской аномалии силы тяжести, должны быть объединены в единый геотермальный район. Исходя из тех же соображений, границы Семячикского геотермального района также следует расширить, и в него, кроме гидротермальных систем кальдеры Узон, Долины Гейзеров и Семячикской, должна быть включена еще гидротермальная система Академии наук.

Рис.26. Региональные геолого-структурные позиции высокотемпературных гидротермальных систем Восточно-Камчатского вулканического пояса.

1 - вулканы (1 - Кизимен; 2 - Конради; 3 - Гамчен; 4 - Шмидта; 5 - Кроноцкий; 6 - Унана; 7 - Крашенинникова; 8 - Тауншиц; 11 - Большой Семячик; 12 - Малый Семячик; 13 - Карымский; 15 - Дитмара; 16 - Дзендзур; 17 - Жупановский; 18 - Купол; 19 - Ааг; 20 - Арик; 21 - Корякский; 22 - Авачинский; 23 - Козельский; 25 - Вилючинский; 26 - Горелый; 27 - Опала; 28 - Мутновский; 29 - Асача; 30 - Ходутка; 31 - Ксудач; 32 - кальдера Призрак; 33 - Желтовский; 34 - Ильинский; 35 - Дикий Гребень; 36 - экструзия Плоская; 37 - Кошелевский; 38 - Камбальный); 2 - кальдеры; 3 - высокотемпературные гидротермальные системы, по В.М.Сугробову /114/ (9 - кальдера Узон; 10 - Долина Гейзеров; 11 - Семячикская; 14 - Академии наук; 24 - Больше-Банная; 26 - Жировская; 28 - Северо-Мутновская; 35 - Паужетская; 37 - Кошелевская); 4 - зоны отрицательных аномалий силы тяжести, по М.И.Зубину и др. /60/; 5 - центры эндогенной активности по О.Н.Егорову /55/: I - Паужетский; II - Ксудачский; III - Мутновский; IV- Корякско-Быстринский; V - Налачевский; VI - Авачинский; VII - Карымско-Семячикский; VIII - Узон-Гейзерный; IХ - Сторожевский; 6 - основные системы новейших разломов.На графиках в правой части рисунка показаны: I - тепловая энергия, аккумулированная горными породами, 10кал., по В.М.Сугробову /114/; II - вынос тепла высокотемпературными гидротермальными системами, ккал/с 10³, по Е.А.Вакину, В.М.Сугробову /33/; Е.А.Вакину, Г.Ф.Пилипенко /32/; III - объем средне-верхнечетвертичннх экструзий дацитового и риолитового состава, по данным Е.Н.Гриб /47, 50/ и автора; IV - объем средне-верхнечетвертичных пирокластических отложений дацитового и риолитового состава, км^3, по данным И.В.Мелекесцева и др. /90/; Н.Н.Кожемяки, Н.Е.Литасова /63/; Л.И.Базановой, Ю.П.Масуренкова /15/ и автора.

Выводы.