Проект ДВО РАН на 2009-2011 гг. «Геологические позиции и условия формирования гигантских плиоцен-эоплейстоценовых кальдер на Камчатке, оценка роли магматических очагов в их недрах как источников тепла для современных гидротермальных систем» (№ 09-III-А-08-424), руководитель – Леонов В.Л. Степень выполнения задач на 2010 г.
На 2010 г. ставились задачи: 1) продолжить изучение новой крупной кальдеры, открытой в верховьях рек Авача и Кавыча в 2009 г., восстановить южные и юго-восточные границы кальдеры; 2) продолжить изучение кислых пород комплекса I плиоценового возраста, выделенного на Южной Камчатке в 2009 г.; 3) продолжить совместные работы с И.Н.Биндеманом по проекту NSF № EAR-0537872 по получению новых Ar-Ar и U-Pb датировок вулканических пород Южной Камчатки; 4) изучить петролого-геохимические особенности пород района кальдеры Карымшина - наиболее крупной кальдеры на Камчатке, открытой в 2007 г. Поставленные задачи выполнены на 90%. Важнейшие результаты
Проведенные в 2010 г. полевые работы позволили откартировать южные границы новой кальдеры, открытой в верховьях р. Авача в 2009 году. Выявлены контакты докальдерных отложений с толщей игнимбритов, заполняющих кальдеру, детально описан разрез толщи игнимбритов, выявлены многочисленные рвущие тела, представляющие собой корневые зоны разрушенных посткальдерных вулканов. Отобраны образцы пород для дальнейшего анализа. Получены первые данные по петролого-геохимической характеристике основных комплексов пород, развитых в районе.
В результате совместных работ с И.Н. Биндеманом по гранту NSF № EAR-0537872 Ar-Ar методом по двум образцам определен возраст игнимбритов, заполняющих новую кальдеру – возраст игнимбрита из нижней части разреза определен в 5,78 млн. лет, возраст игнимбрита из верхней части разреза - в 5,58 млн. лет. Длительность формирования 500-метровой толщи игнимбритов, заполняющих новую кальдеру, определена, таким образом, примерно в 200 тыс. лет. Проведенные работы позволяют сделать вывод, что новая кальдера, выявленная в верховьях р. Авача является самой древней из известных в настоящее время на Камчатке кальдер. Ранее возраст игнимбритов данного района на основе палеомагнитных данных (Гос. геол. карта…, 2000) определялся как плиоценовый (2 – 3,6 млн. лет).
В результате совместных работ с В.В.Пономаревой, И.В.Мелекесцевым, Л.И. Базановой и др. составлена сводка "Вулканические катастрофы на Камчатке в среднем плейстоцене-голоцене». Анализ каталогов показал, что глобальные пики эксплозивного вулканизма в голоцене имели место в периоды около 8600-7200, 4200-3000 л.н. и начиная с 2000 л.н. Более ранние плейстоценовые извержения имели существенно большие масштабы. Объемы пирокластики достигали сотен кубических километров в пересчете на плотную породу. Результаты датирования наземных пемз и игнимбритов, а также изучение пеплов в глубоководных скважинах в прилегающих к Камчатке акваториях показали, что в позднем плейстоцене период частых вулканических катастроф, приведших к формированию крупных кальдер, имел место 0.03-0.04 млн. лет назад, а в среднем плейстоцене – между 0.3 и 0.5 млн. лет назад.
Проведено петролого-геохимическое изучение отложений пирокластических потоков кальдеры Карымская (Восточная Камчатка). Изучение состава пемзовых обломков и ядер вкрапленников плагиоклаза в пемзах позволяет сделать вывод, что в магматическом очаге перед формированием кальдеры существовала верхняя риолитовая зона и нижняя – дацитовая. Выделены два этапа формирования кальдеры. Начало извержения каждого этапа связано с внедрением базальтов в верхнекоровый магматический очаг, на что указывают гетеротакситовые прослои в пемзах и неравновесные минеральные ассоциации. Распределение петрогенных и редких элементов в породах показывает, что они являются известково-щелочными дифференциатами умеренно магнезиальных базальтов. Минералогические и геохимические данные указывают на значительную роль фракционной кристаллизации и коровой контаминации в происхождении пород.
Уточнена схема геологического строения Карымчинской гидротермальной системы. Реконструированы геологические разрезы бортов долины р. Прав. Карымчина на участке разгрузки гидротермальной системы. Обоснована связь Карымчинской гидротермальной системы с выделенной в 2006 году эоплейстоценовой кальдерой Карымшина, с предполагаемым в ее недрах гигантским магматическим очагом. Сделан вывод, что этот очаг, а не вулканическая постройка г. Горячая, как считалось ранее, служит источником тепла гидротермальной системы.
Создана общедоступная Интернет-модель района Долины Гейзеров в среде Google Earth с интеграцией разных типов данных (тексты, фото, видео, карты, схемы, векторные объекты). Начато создание детальной 3D-модели района Долины Гейзеров по технологии виртуального окружения в среде Open Scene Graph. Выполнена динамическая визуализация (анимация) оползня 2007 года на основе экспертных оценок, и начата разработка подходов к численному моделированию оползня с использованием цифровой модели рельефа. Предлагаемые методы могут использоваться для создания виртуальных моделей природных объектов – «виртуального природного наследия».
Создана ГИС «Больше-Банные термальные источники на Камчатке». Использование открытых гипертекстовых форматов позволило предоставить различную информацию по источникам в открытом доступе. Работа проведена в рамках создания единой информационной системы по геотермальным системам Камчатки методами неогеографии на основе сервиса Google Earth. Район Больше-Банных источников в Google Earth можно посмотреть на web-сайте http://www.kscnet.ru/ivs/lggp/index.html.
Степень новизны полученных результатов
Большая часть данных, полученных в результате работ 2010 г., являются новыми. Впервые выявлены южные границы новой крупной кальдеры. Определен возраст и длительность формирования 500-метровой толщи игнимбритов, заполняющих ее. Составлена сводка "Вулканические катастрофы на Камчатке в среднем плейстоцене-голоцене». Получены новые данные о состоянии верхнекорового магматического очага, существовавшего в недрах кальдеры Карымская перед ее образованием. Впервые создана общедоступная Интернет-модель района Долины Гейзеров, выполнена динамическая визуализация (анимация) оползня 2007 года. Создана ГИС «Больше-Банные термальные источники на Камчатке». Методы и подходы
Подход авторов заключается в детальном изучении геологического строения и истории магматической деятельности в изучаемых районах, оценке современного состояния верхнекоровых магматических очагов, выявлении структур, ответственных за транспортировку магм и флюидов. Для оценки степени взаимодействия нижнекоровых базальтовых магм с материалом коры проводится изучение геохимии редких и редкоземельных элементов, а также изучение расплавных включений во вкрапленниках (используя метод гомогенизации включений и анализ стекол этих включений с помощью электронного и ионного микрозонда). Работа над данным проектом, как нам представляется, отражает современные подходы к решению задач, стоящих перед геологами, изучающими геотермальные месторождения, и, прежде всего, задачи по выяснению условий теплового питания высокотемпературных гидротермальных систем, представляющих основной интерес для практического освоения. Список трудов
Bindeman I.N., Leonov V.L., Izbekov P.E., Ponomareva V.V., Watts K.E., Shipley N.K., Perepelov A.B., Bazanova L.I., Jicha B.R., Singer B.S., Schmitt A.K., Portnyagin M.V., Chen C.H. Large-volume silicic volcanism in Kamchatka: Ar-Ar, U-Pb ages, isotopic, and geochemical characteristics of major pre-Holocene caldera-forming eruptions // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2010. V. 189. № 1-2. P. 57-80.
Leonov V.L., Rogozin A.N. Geologic development of the Karymshina caldera, Kamchatka, Russia, with special reference to its hydrothermal systems // Proceedings World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 25-29 April 2010. http://geothermal.stanford.edu/wgc2010reg/Papers/12/1238.pdf
Леонов В.Л.,Рогозин А.Н. Эпизодичность кислого вулканизма на Южной Камчатке (по новым данных K-Ar и Ar-Ar датирования и результатам изучения разрезов) // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2010. С. 62-74.
Пономарева В.В., Мелекесцев И.В., Биндеман И. Н., Леонов В.Л., Базанова Л.И., СулержицкийЛ.Д. Вулканические катастрофы на Камчатке в среднем плейстоцене-голоцене // Сборник ИГЕМ РАН к 80-летию Н.П.Лаверова. 2010.
Леонов А.В., Серебров А.А., Алейников А.А и др. Виртуальное природное наследие: 3D-модель Долины Гейзеров // Вопросы электромеханики. 2010.
LeonovА., SerebrovА., AnikushkinМ., et al. Virtual story in cyberspace: Valley of Geysers, Kamchatka // 2010 International Conference on Cyberworlds, Singapore, Nanyang Technological University, 20-22 October 2010. http://www3.ntu.edu.sg/SCE/cw2010/cw2010.htm
Леонов В.Л., Леонова Т.В., Двигало В.Н. Создание ГИС Больше-Банные термальные источники на Камчатке// Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2010. (в печати).
Леонова Т.В., Леонов В.Л. Применение методов неогеографии в визуализации геологических данных на примере района Больше-Банных термальных источников, Камчатка // Всероссийский семинар «Современные информационные технологии для фундаментальных научных исследований РАН в области наук о Земле», Владивосток, 8-11 апреля 2010 г.
Гриб Е.Н., Леонов В.Л., Перепелов А.Б. Кальдера Карымская: строение и состав пирокластических потоков, петрогенезис // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2010. Вып. 16. № 2. (в печати).
Rogozin A.N. The Geological Position of the Karymchinskaya Hydrothermal System (Kamchatka, Russia) // Proceedings World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 25-29 April 2010. http://geothermal.stanford.edu/wgc2010reg/Papers/12/1231.pdf
Рогозин А.Н., Леонов В.Л. Три этапа катастрофического эксплозивного вулканизма на территории Банно-Карымшинского района в плиоцене – раннем плейстоцене (Южная Камчатка) // Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз / V Сахалинская молодежная научная школа, 8-11 июня 2010 г., Южно-Сахалинск, 2010. (в печати).
Участие в научных мероприятиях
World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 25-29 April 2010 – 2 доклада.
Ежегодная конференция, посвященная Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 30 марта 2010 г. - 1 доклад.
V Сахалинская молодежная научная школа, 8-11 июня 2010 г. Южно-Сахалинск, 2010 г. - 1 доклад.
2010 International Conference on Cyberworlds, Singapore, Nanyang Technological University, 20-22 October 2010 г. - 1 доклад.
Конференция 11-го Международного форума «Высокие технологии XXI века» «Современные ГеоТехнологии: новые возможности для управления и бизнеса» (30 марта 2010 г., Москва, КВЦ «Сокольники» - 1 доклад.
Всероссийский семинар «Современные информационные технологии для фундаментальных научных исследований РАН в области наук о Земле», Владивосток, 8-11 апреля 2010 г. - 1 доклад.
На сайте
1. На сайте ИВиС ДВО РАН обновлена страничка по геологии геотермальных систем - http://www.kscnet.ru/ivs/lggp/index.html
2. На сайте ИВиС ДВО РАН в разделе «Материалы симпозиума» выставлены полнотекстовые электронные варианты статей авторов проекта.
План работ на 2011 год
1) Продолжить изучение новой крупной кальдеры, открытой в верховьях рек Авача и Кавыча в 2009 г. Получить петролого-геохимические характеристики основных единиц толщи игнимбритов, развитой в районе, особенно в пределах кальдеры, где они имеют мощность более 500 м., пород докальдерного и посткальдерного комплексов, провести обобщение полученных данных, подготовить к публикации статью.
2) Продолжить совместные работы с И.Н.Биндеманом по проекту NSF (Национального научного фонда США) № EAR-0537872 по получению новых Ar-Ar и U-Pb датировок вулканических пород Камчатки.
3) Продолжить изучение петролого-геохимических особенностей пород, связанных с кальдерой Карымшина – крупнейшей на Камчатке кальдерой, открытой в 2007 году. Изучить степень взаимодействия нижнекоровых базальтовых магм с материалом коры, для чего привлечь данные по геохимии редких и редкоземельных элементов, изотопной геохимии (Sr, Nd, Pb и т.д.), а также изучение расплавных включений во вкрапленниках (используя метод гомогенизации включений и анализ стекол этих включений с помощью электронного и ионного микрозонда).
4) Продолжить изучение кислых пород комплекса I плиоценового возраста, выделенного на Южной Камчатке в 2009 г. Как было установлено, этот комплекс слагают высококалиевые лавы, которые вскрываются вблизи кальдеры Карымшина в разрезах докальдерного этапа. Выделение данного комплекса имеет особое значение, так как с ним связан свой этап рудообразования, не выделявшийся в рассматриваемом районе ранее.
Руководитель работ по проекту к.г.-м.н. Леонов Владимир Леонидович