Северо-Парамуширская гидротермально-магматическая конвективная система привлекает внимание исследователей многие десятилетия. Интерес к данному объекту определяется его островным положением на стыке океанической и континентальной земной коры, большой мощностью системы, наличием в ее центральной части действующего андезитового вулкана Эбеко, сложным строением области питания системы и вулкана. Изучаемая гидротермально-магматическая система представляет собой сложную (интрузивно-вулканогенного происхождения), длительно развивающуюся (с палеогена до ныне) и крупную (объемом вмещающих ее горных пород ³ 700 км³) геологическую структуру, находящуюся в настоящее время на этапе становления островной дуги. Передача тепла и глубинного вещества осуществляется за счет магматического источника, происхождение которого может быть как первичным, так и вторичным [1]. В восточном секторе гидротермально-магматической системы установлено Северо-Курильское геотермальное месторождение, прогнозные ресурсы которого превышают 100 MW электрической мощности. Кроме геотермальных процессов, большой интерес представляет современное минерало-рудообразование: на фактическом материале глубокого бурения показано формирование в недрах системы золото-полиметаллического оруденения и, возможно, зарождение минерализации медно-порфирового типа [2]. Несмотря на изложенное, изучение Северо-Парамуширской гидротермально-магматической системы и Северо-Курильского геотермального месторождения находится на этапе создания концептуальной модели, которая составит основу поисково-разведочных и эксплуатационных работ на Северо-Курильской геотермальной площади. Для создания этой модели большое значение имеют практические гидродинамические исследования. Соответствующие работы с целью выделения участков поверхностного и глубинного питания системы, областей растека гидротермальных растворов, зон разгрузки высокотемпературного гидротермального флюида и получения гидродинамических характеристик геотермального теплоносителя в конкретных геологических блоках гидротермальной системы были проведены на территории северной части о. Парамушир (Северные Курильские острова, Россия).

Геологическая структура северной части хр. Вернадского представлена двумя крупными геологическими блоками размером от 9 до 12 км в поперечнике. Первый (Северный) неправильно-изометричный блок с центром в районе вулкана Эбеко характеризуется породами андезитового состава и вмещает несколько палеокальдер. Второй (Южный) блок представлен изометричной кольцевой структурой с сдвоенным центром в районе вулканов Богдановича и Крашенинникова и характеризуется породами более основного состава (до оливиновых базальтов). Эти структуры первого порядка вмещают морфотектонические блоки размером 2-5 км. Отчетливо видно, что потоки подземных и грунтовых вод направлены радиально по отношению к крупным структурам и определенным образом взаимодействуют с мелкими блоками пород. По петрологическим данным и морфотектоническим критериям Южный кольцевой блок создан за счет интрузивно-тектонических напряжений на глубинах от 2-3 до 7-9 км. Это означает, что здесь на глубине более 2 км (верхняя кромка) следует ожидать наличие крупного источника тепла и деформационных напряжений – магматического очага или зоны разогрева пород за счет химического реактора [5]. Настоящее предположение подтверждается и гидрохимическими данными, полученными в последнее время Курильской экспедицией Института вулканологии: в верховьях рек Наседкина и Птичья разгружаются напорные хлоридные – хлоридно-сульфатные термальные воды. Перспективным является геологический блок диаметром 5 км на южной границе площади, контуры которого трассируются вулканическими конусами, воронками взрыва и выходами термальных источников. В целом, кольцевые морфотектонические блоки и радиальные по отношению к ним зоны разрывных тектонических нарушений контролируют вулканические проявления современного и голоценового возраста и основные водные потоки. На основании изложенных данных и в соответствие с литературными обобщениями представим структуру потоков газовых и водных флюидов в разрезе гидротермально-магматической системы.

Принципиальная структура потоков флюидов и формирование физико-химических зон в недрах Северо-Парамуширской гидротермально-магматической рудообразующей системы может быть представлена следующим образом. Выделяются 4 зоны: кондуктивной теплопередачи, конвективного переноса тепла, двухфазных гидротерм и фреатическая. Кондуктивная теплопередача характерна для интрузивных тел, породы которых, как правило, не трещиноваты. Но для вмещающих интрузию вулканогенно-осадочных пород, приконтактовых зон и надинтрузивного комплекса типична конвективная теплопередача. Зона двухфазного состояния располагается на небольших глубинах и в зоне растека гидротерм, где давление пара превышает гидростатическое давление, что вызывает отделение водяного пара и газов (в основном CO₂ и в подчиненном количестве H₂S) от гидротермальных потоков. Кипение может происходить на глубинах 2 км и даже более в некоторых системах [4]. Поглощение зоны кипения на малых глубинах приводит к формированию углекислых растворов с умеренно низким рН. Фреатическая зона или область насыщения состоит из нескольких потоков подземных вод, подвешенных над хлоридно-натриевыми водами. Углекислый газ, выделяющийся из зоны кипения гидротерм, адсорбируется в близповерхностных термах. Дегазация CO₂ на дневной поверхности приводит к формированию нейтральных бикарбонатных вод и отложению травертинов. Также большое значение на формирование гидротермальных потоков и геологической структуры гидротермально-магматической системы оказывает кремнекислота. Отложение коллоидного кремнезема при кипении глубинных терм в зонах разломов способствует формированию мощного верхнего водоупора и рудных геохимических барьеров на границах пародоминирующих систем. Углекислый газ, наряду с водой, является основным компонентом магматических летучих. Его глубинное магматическое происхождение подтверждается данными по изотопу ¹³С и масс-балансовыми расчетами. Установлено, что такие вулканы, как Эбеко, за счет фумарольной деятельности выделяют СО₂ в 10-100 раз больше, чем излившаяся на поверхность магма. В связи с этим предполагается, что большая часть CO₂ дегазирует из интрузивной магмы. Это обусловлено слабой растворимостью углекислого газа в силикатных расплавах при умеренных и низких давлениях. Таким образом, углекислый газ является одним из основных компонентов глубинных магматических флюидов, может накапливаться в виде пузырьков в верхних частях магматических резервуаров, действует в качестве транспортирующей фазы для других летучих, может поддерживать постоянный режим истечения поверхностных термопроявлений [3]. Существенную долю в составе парогазовой смеси составляет водород. Постепенное уплотнение верхнего водоупорного горизонта за счет окремнения и аргиллизации пород может привести к увеличению концентраций водорода в приповерхностных горизонтах системы и повышению температуры парогидротерм Высокая растворимость в воде H₂S, SO₂ и др. газов приводит к еще большему увеличению концентраций H₂ и CO₂ из-за их низкой растворимости в гидротермах. Гидротермы перегреваются, создаются условия для фреатических взрывов. Мощность взрывов усиливается за счет дегазации CO₂ , которая начинается на глубине 2,2 км. При этом вследствие паро-газлифта происходит понижение уровня откачки газов и создаются условия для интенсивного поступления атмосферного воздуха в недра системы. В результате последнего образуется воздушно-водородная смесь, способная к воспламенению и мощным взрывам. Интенсивное истечение газов и их взрывы способствуют созданию вакуума над магматическим очагом. Вакуум провоцирует дегазацию расплавов на большую глубину и подъем газонасыщенной магмы на более высокие горизонты. По нашим оценкам уровень откачки вещества газлифтом достигает глубин 4-5 км. Именно этими газо-химическими и гидродинамическими процессами можно объяснить наличие большого количества воронок взрыва вдоль хребта Вернадского и современную фреатическую деятельность на вулкане Эбеко. Подъем газонасыщенной магмы и ее взаимодействие с нисходящим потоком гидротерм приводит к дополнительному кипению растворов и формированию минерализованных высокотемпературных рудоносных растворов, играющих большую роль на всех этапах эволюции Северо-Парамуширской гидротермально-магматической системы.

В целом, северная часть о. Парамушир находится в области питания подземных вод. На пополнение их запасов ежегодно поступает около 471 мм, что составляет 15 % от общего количества атмосферных осадков. Детальные воднобалансовые расчеты выявили две крупные области разгрузки подземных вод, расположенных в бассейне р. Юрьевой и в бассейнах рек Птичьей- Наседкиной- Матросской- Снежной. Расчеты выявили также область напора подземных вод в бассейне реки Кузьминки. Границы выделенных областей предварительные и требуют дальнейшего уточнения, причем область разгрузки воднобалансового участка Восточного продолжается за пределы района исследования. Большое значение для формирования структуры глубинных потоков и эволюции гидротермальных и магматических процессов в недрах Северо-Парамуширской системы имеют состав гидротерм и газов. Наличие большого количества углекислого газа и водорода определяет высокую динамику физико-химических и структурообразующих процессов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 00-05-64175 а, 02-05-97019 к).

Работа Калачевой Е.Г. выполнена при финансовой поддержке программы государственной поддержке ведущей научной школы академика РАН С.А.Федотова (грант 00-15-98609).

Литература

1. Белоусов В.И., Рычагов С.Н., Сугробов В.М. Северо-Парамуширская гидротермально-магматическая конвективная система: геологическое строение, концептуальная модель, геотермальные ресурсы // Вулканология и сейсмология, 2002. № 1. С. 34-50.
2. Рычагов С.Н., Белоусов В.И., Главатских С.Ф. и др. Северо-Парамуширская гидротермально-магматическая система: характеристика глубокого геологического разреза и модель современного минерало-рудообразования в ее недрах // Вулканология и сейсмология, 2002. № 4. С. 1-19.
3. Allard P. Diffuse degassing of Carbon Dioxide through volcanic systems: observed facts and implications // Report Geol. Sur. of Japan,1992. Pp. 7-11.
4. Bogie I., Leawless J.V., Pornuevo J.B. Kaipchan: An apparently non-thermal manifestation of hydrothermal systems in the Philippines // J.Vol.Geoth.Res.,1987. V.31. Pp. 281-292.
5. Rychagov S.N., Belousov V.I., Sugrobov V.M. North-Paramuchir hydrothermal magmatic system: the geological structure, probable souces of heat flows and geothermal resource // Geothermal Resources Council, 2001. San Diego, USA. 8 p.