МУТНОВСКО-ЖИРОВСКОЙ ГЕОТЕРМАЛЬНЫЙ (РУДНЫЙ) РАЙОН

Мутновский геотермальный район был выделен В.В. Аверьевым (Вакин, 1968). Мы распространяем границы района на более широкую территорию и выделяем Мутновско-Жировской геотермальный (рудный) район. Район расположен на восточном побережье Камчатского полуострова в 70 км к югу от г. Петропавловска-Камчатского. Геолого-структурные позиции Мутновско-Жировского района определяются его расположением в грабен-синклинали Южной Камчатки (Вакин и др., 1976). Границы геотермальных районов, по представлениям В.В.Аверьева, должны прослеживаться согласно изотерм, объединяющих единый фронт теплового питания современных гидротермальных систем, расположенных на этой территории. Поскольку в 1960-1970-х годах гидротермальные системы Камчатки были слабо изучены на глубину и по площади (геотермальное бурение в малом объеме выполнено только на Паужетском и Паратунском месторождениях), практической возможности использовать эти основополагающие принципы не было. Предпринимались попытки установить границы геотермальных районов геолого-структурными методами (Белоусов, 1978), Рис. 1. Геотермальные районы, расположенные вдоль Вос­точного вулканического пояса Камчатки (выделены

Рис. 1. Геологические позиции Паратунской (I), Мутновской (II) и Паужетской (III) гидротермально-магматических систем (по: Белоусов, 1978; с изменениями). 1 – Породы мелового и домелового фундамента. 2 – Породы палеоген-неогенового возраста. 3 – Вулканогенные и вулканогенно-осадочные породы плейстоцен-голоценового возраста. 4 – Стратовулканы. 5 – Зона ареального вулканизма Южной Камчатки и побочные моногенные вулканы. 6 – Разломы. 7 – Прибрежные и озерные отложения. Цифрами на схеме обозначены вулканы: 1 – Мутновский, 2 – Асачинский, 3 – Ходутка, 4 – Ксудач, 5 – Желтовский, 6 – Большая Ипелька, 7 – Опала.

ранее — Паужетский, Мутновский и Узон-Семячикский), связаны с крупнейшими в регионе отри­цательными аномалиями силы тяжести. Они являются наиболее прогретыми участками земной коры и характеризуются больши­ми объемами кислого материала, извергнутого в средне-верхнечетвертич­ное время. Предполагается, что высоко­температурные гидротермальные системы Больше-Банная, Северо-Мутновская и Жировская, расположенные вблизи Толмачевской аномалии силы тяжести, объединяются в единый геотермальный район. Однако, в последние годы мы выделяем отдельный Паратунско-Большебанный геотермальный (рудный) район, занимающий свою определенную геологическую позицию (Рычагов, 2003). Зона прогиба кровли мелового фундамента для Южной Камчатки (рис. 2) совпадает с центральной частью геотермального района, где располагается ос­новная масса четвертичных эффузивов. Глубина залегания мелового фундамен­та здесь £ 3 км, на отдельных участках > 3,5 км. Ширина прогиба ³ 40 км. В районе вулканов Ксудач и Ходутка простирание прогиба нарушено зоной северо-западного направления, которая прослеживается от вулкана Ходутка до вулканов Опала и Большая Ипелька. Эта зона может быть принята в качестве запад – юго-западной геологической границы Мутновско-Жировского района. На востоке район обрамлен зоной поднятия мелового фундамента до глубины ~ 2 км. На севере границей района служит Начикинское складчато-глыбовое поднятие.

Рис. 2. Поверхность мелового фундамента Южной Камчатки (Долгоживущий…, 1980). Глубина, в км: 1 – менее 2; 2 – 2-2,5; 3 – 2,5-3; 4 – 3-3,5; 5 – более 3,5 км.

   Как показано выше, Мутновско-Жировской геотермальный (рудный) район представляет собой депрессию, слегка вытянутую в субмеридиональном направлении. В центральной части структуры основание разреза сложено меловыми породами фундамента и палеоген-неогеновыми вулканогенными и вулканогенно-осадочными отложениями; верхняя часть депрессии заполнена пирокластикой и лавами плиоцен-четвертичного возраста. На севере и востоке структура обрамлена поднятыми до абсолютных отметок ~ 1000 м палеоген-неогеновыми вулканитами. Депрессия района разбита системой интенсивной тектонической трещиноватости. Господствующие разломы параллельны простиранию основной структуры и имеют субмеридиональное направление, секущие трещины — субширотные. Тектонические блоки ступенчато опущены в сторону оси депрессии, по простиранию структура ограничена тектоно-магматическими поднятиями. Таким образом, по-видимому, Мутновско-Жировской район располагается в зоне растяжения, обусловленного региональными или локальными причинами. Эта структура соответствует местоположению и вмещает Мутновскую гидротермально-магматическую систему (рис. 3). Палеоген-неогеновые вулканогенные и вулканогенно-осадочные породы, обладающие высокой трещинной проницаемостью, слагают водоносный комплекс, структура которого отличается значительной сложностью в разрезе и по простиранию. Плиоцен-четвертичные образования менее проницаемы, за исключением лавовых потоков, разбитых контракционными трещинами. Породы плиоцен-четвертичного возраста часто залегают на слоях рыхлой или слабо спекшейся пирокластики, уплотненной за счет древних гидротермальных процессов, или на вулканогенно-осадочных и осадочных отложениях. Эти слои и отложения выполняют роль верхнего относительного водоупора. Строение верхнего водоупорного комплекса сложное, его сплошность нарушена многочисленными дайками, экструзиями, маарами, диатремами и трещинами. Эти геологические тела неоднозначно влияют на структуру водоупорного комплекса. Так, дайки, сложенные гидротермально не измененными, но трещиноватыми базальтами и андезито-базальтами, являются хорошими дренами для нисходящих вод поверхностного формирования. В случае, если дайки попадают в зону влияния кислых гидротерм, превращающих базальты в глины, разбухающие при насыщении их водой, базальты становятся полностью непроницаемыми и служат местными водоупорами. Породы андезитового и дацитового состава под воздействием кислых терм преобразуются в кремнистые породы, в которых также могут присутствовать хлорит-смектиты и слюды. Окремнение и аргиллизация пород существенно снижают проницаемость магматических тел, входящих в структуру водоупорного комплекса Мутновско-Жировского района. Интрузии габбро и диоритов, имеющие полнокристаллическую структуру и расположенные вне зон тектонических деформаций, также практически не проницаемы. Предполагается, что роль плотины для инфильтрационных вод играет интрузивный массив Ахомтенских гранитов (восточное побережье Камчатки), который ограничивает подземный сток в сторону Тихого океана и тем самым способствует увеличению емкости (мощности) гидротермальных систем района. Гидротермальному метаморфизму подвергались породы, слагающие экструзии, вблизи которых происходила интенсивная циркуляция парогидротерм. Под действием паром нагретых гидротерм (кислых растворов поверхностного формирования) или кислых глубинных гидротерм, в которых значительную долю составляют высокотемпературные магматические газы, породы экструзий превращаются в каолинитовые и монтмориллонитовые глины или опалитовые кремнистые образования. Эти процессы уменьшают проницаемость верхних частей экструзий и они уже не

Рис. 3. Концептуальная модель Мутновско-Жировского геотермального (рудного) района и Мутновской гидротермально-магматической системы (правая часть разреза). Использованы материалы В.Л. Леонова (Леонов, 2001).
1 – Докайнозойский комплекс пород. 2 – Зоны дробления и обрушения в районах проявления фреато-магматизма. 3 – Границы областей развития вулканогенно-кремнистых формаций и генераций андезитовых и кислых анатектических расплавов (зона локализации коровых источников тепла). 4 – Изотермы. 5 – Диатремы и воронки взрыва: а – заполненные брекчированными породами, б- заполненные кислыми экструзиями и лавами. 6 – Дайки и магматические каналы. 7 – Восходящие струи мантийных флюидов. 8 – Направление напряжений, движения расплавов и глубинных флюидов, генерируемых в верхней мантии. Цифрами в кружках отмечены: 1 – зона разломов, ограничивающих прогиб и являющихся глубинными ловушками для магм и гидротермальных флюидов, 2 – зона подъема магмы и гидротермальных флюидов к поверхности, 3 – зона развития позднеплейстоценовых трещин и сбросов на поверхности.

выполняют роль дрен, по которым происходит питание глубоких водоносных комплексов метеорными водами. Таким образом, приповерхностная гидротермальная деятельность на площади развития Мутновской системы приводит к образованию обширных полей аргиллизированных-опалитизированных пород, играющих роль дополнительного мощного водоупора и теплоизолятора.
В целом, гидротермы имеют метеорное происхождение, глубинная ювенильная составляющая в пределах центральной части гидротермально-магматической системы (участок Дачный, Верхне-Мутновское месторождение) не превышает первых процентов (Вакин, 1968; Вакин и др., 1976; Геотермические и геохимические исследования…, 1986). В составе катионов преобладает Na; в составе анионов – сульфат и гидрокарбонат, в подчиненном количестве – хлор-ион. Температуры гидротермальных растворов колеблются, в среднем, от 220-250 до 100-1500С, в целом в объеме гидротермально-магматической системы. Температуры гидротермального флюида в зонах восходящего теплового потока не превышают 250-2800С на глубинах до 3 км. По заключению О.В.Чудаева с коллегами рудные элементы обнаруживают аномально высокие содержания в парогидротермах, но основным их поставщиком являются вмещающие горные породы (Чудаев и др., 2000). Кислые воды на дневной поверхности локализованы в пределах кипящих котлов активной воронки Мутновского вулкана и на отдельных термальных площадках, и практически не распространены в недрах гидротермально-магматической системы. Воды современного геотермального района формируются под влиянием глубинной (мантийной) составляющей, но основным источником вод следует считать неглубоко залегающие очаги (Геотермические…, 1986; Чудаев и др., 2000).
Таким образом, гидротермы Мутновской гидротермально-магматической системы характеризуются следующими параметрами: средними температурами (150-2500С) в пределах большого объема вмещающих пород (≥ 300 км3); преобладанием в составе катионов Na (в меньшей степени Ca и еще менее – K), в составе анионов – сульфата и гидрокарбоната; локализацией кислых вод (рН = 1-3) в узких открытых трещинных зонах над магматическим очагом; в целом высоким содержанием во всех типах гидротерм рудных элементов (Zn, Pb, Al, Sb, Cr, Ni, Cu), вероятно, в основном за счет активного выщелачивания больших объемов вмещающих пород.
Анализ материала позволяет предложить следующую концептуальная модель Мутновской гидротермально-магматической системы. По геолого-гидрогеологическим данным она входит в артезианский супербассейн неправильно-изометричной формы, вытянутый в субмеридиональном направлении, площадью ³ 5000 км2. Водное питание артезианского бассейна происходит за счет инфильтрации метеорных вод через палеоген-неогеновые породы, вскрытые на дневной поверхности, а также вследствие нисходящего движения вод по вертикально расположенным структурам вулканогенного происхождения, не подвергшимся интенсивному гидротермальному метаморфизму. Как показано выше, Мутновская гидротермально-магматическая система структурно и генетически связана с зоной растяжения земной коры регионального или локального характера и ее тепловое питание обеспечивается источниками генерации энергии, расположенными в интервале глубин от мантии до верхней коры. Поскольку земная кора региона прошла этапы формирования подводного вулканического хребта и двойной островной дуги, мы полагаем, что в недрах Мутновской системы находятся метаморфические вулканогенно-кремнистые формации (это подтверждается и многими геологическими данными). В течение длительной эволюции глубинного (базальтового) магматизма, широко проявленного на территории Мутновско-Жировского района, вулканогенно-кремнистые отложения, содержащие большой объем рассеянных и массивных скоплений сульфидов (пирита, пирротина и др.), попадают в зону влияния тепла базальтовых расплавов. Под действием высоких температур (800-10000С) происходит окисление («горение») сульфидов и, возможно, некоторых других минералов с выделением большого количества тепловой энергии. Интенсивный приток атмосферного кислорода в гидротермально-магматическую систему активизирует экзотермические химические реакции. Большой объем вулканогенно-кремнистых формаций и образование сульфидов, а также самородной серы и др. минералов, на всех этапах гидротермального метаморфизма, вплоть до новейшего, позволяет прогнозировать наличие в недрах Мутновской гидротермально-магматической системы крупного длительноживущего возобновляемого источника тепла (либо нескольких источников, залегающих на небольших глубинах), дополнительного к традиционно выделяемому магматическому. Более того, генерация дополнительного (вторичного) тепла, вследствие высоких температур окисления сульфидов (³ 700-8000С), может приводить к формированию расплавов андезитового и риолитового состава, к взрывам фреато-магматического характера, дроблению пород на глубине и к близповерхностным или открытым эксплозиям. Первоначально эта идея была высказана В.И. Белоусовым при анализе материалов по геотермальным системам Мутновского района (Belousov, Rychagov, Belousova, 2002). Возможность реализации аналогичного механизма формирования дополнительных источников тепла рассмотрена нами на примере Северо-Парамуширской высокотемпературной рудогенерирующей гидротермально-магматической системы (Белоусов, Рычагов, Сугробов, 2002;Рычагов, 2003).
В строении палеоген-неогеновых и плиоцен-четвертичных вулканогенных и вулканогенно-осадочных толщ присутствуют игнимбриты и спекшиеся туфы, что может свидетельствовать о наличии процессов формирования расслоенных магматических очагов в недрах Мутновско-Жировского района и в настоящее время. Однако, генерация расслоенных магматических резервуаров, аналогичных таковым Узон-Семячикского геотермального района на Камчатке или Вулканической зоны Таупо в Новой Зеландии, где на дневную поверхность извергнуты огромные массы игнимбритов и другой пирокластики, в описываемом районе Южной Камчатки находится на начальном этапе. Нам представляется, что в настоящее время в недрах Мутновско-Жировского геотермального (рудного) района на глубинах 5-10 км в толще вулканогенно-кремнистых формаций происходит накопление тепловой энергии и формируется крупный коровый магматический резервуар (несколько очагов ?), температура которого ³ 700 — 8000C. Присутствие обломков риолитов и кислых пемз в продуктах современных фреато-магматических извержений Толмачева дола, входящего в структуру геотермального района, также свидетельствует о наличии кислых расплавов в его недрах. Отсутствие резургентных куполов в кальдерных вулканах района показывает, что формирование большого магматического резервуара, заполненного дифференцированным расплавом, находится на стадии становления. Поскольку на территории района не отмечены крупнообъемные извержения игнимбритов, спекшихся туфов или пемз, то потери тепла из глубоких недр структуры должны быть минимальными. Этот факт может свидетельствовать о том, что в новейшее геологическое время на глубинах 3-5 км или более продолжается разогрев пород и, соответственно, происходит наращивание запасов геотермальной энергии (в целом в структуре района и Мутновского вулканогенно-рудного центра). Закачка отработанных гидротерм, в которых присутствует воздух, в глубокие горизонты гидротермально-магматической системы будет ускорять экзотермические реакции в недрах водоносного комплекса, что может дополнительно повысить запасы тепловой энергии. Предположительно, такая ситуация сложилась на геотермальном поле Larderello в Италии после того, как там организовали закачку конденсатов отработанного пара в недра этой системы. Распределение тепла под водоупорными комплексами Мутновской гидротермально-магматической системы происходит неравномерно: наиболее прогретыми будут относительно приподнятые блоки горных пород, в которых кровля водоносного комплекса находится на более высоких гипсометрических уровнях. Как правило, структуры поднятий обусловлены интрузиями и протрузиями вязкой магмы и характерны для андезитового и кислого вулканизма.
Всестороннюю информацию о Мутновском (Мутновско-Жировском) геотермальном (рудном) районе можно найти во многих научных работах (Вакин, 1968; Вакин и др., 1976; Белоусов, 1978; Сугробов, 1979; Лоншаков, 1979; Леонов, 1989; Высокотемпературные гидротермальные резервуары, 1991; и др.). Рудные проявления и месторождения Родниковое, Мутновское и др. детально охарактеризованы в монографии И.Д. Петренко (Петренко, 1999). Наши исследования в этом районе посвящены, в основном, изучению взаимосвязи современных геотермальных процессов с минерало-рудообразованием.

Запись опубликована в рубрике PDF. Добавьте в закладки постоянную ссылку.