Глава 3 План проведения экспериментальных и теоретических исследований
Объектом исследования являются тепловые поля сложно построенных флюидно-магматических систем в районе Эльбрусского вулканического центра на территории Кабардино-Балкарии и в прилегающих регионах.
План исследований:
- анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов;
- изучение вулканической активности в исследуемом регионе и выявление поверхностных тепловых аномалий в районе вулканитческой постройки;
- освоение существующих аппаратурных систем и технологий, предназначенных для мониторинга тепловых процессов в районе Эльбрусского вулканического центра;
- применение развиваемых математических и геолого-геофизических технологий к решению задач, связанных с анализом тепловой и флюидной активности разломно-блоковых образований в литосфере региона;
- интерпретация выявленных тепловых аномалий с учетом геологических и геофизических данных.
Глава 4 Результаты экспериментальных и теоретических исследований 4.1 Изучение вулканической активности и выявление поверхностных тепловых аномалий в районе вулканической постройки. Освоение существующих аппаратурных систем и технологий для мониторинга тепловых процессов в районе Эльбрусского вулканического центра
Анализ площадного распространения и эволюции плейстоцен-голоценового вулканизма, проявившегося в пределах Транскавказского поперечного поднятия, показал [Лаверов и др., 1997; Лаверов и др., 2005], что эта крупная структура является северным окончанием структуры планетарного масштаба - Восточно-Африканского-Транскавказского рифтового пояса под которым, по геофизическим данным, существует мантийный выступ.
Рисунок 4 - Рельефная карта проявления новейшего вулканизма Кавказско-Анатолийско-Аравийского региона.
К этой глобальной структуре приурочены многочисленные вулканы, извергавшие в течение плиоцена-голоцена лавы варьирующие по составу от ультраосновных, основных и до кислых. Судя по литературным данным (изотопия стронция и неодима), большинство этих лав несет мантийные метки, что в сочетании с приведенными выше геологическими данными о составе лав, однозначно свидетельствует о связи этого вулканизма с мантийным диапиризмом. Важно отметить, что все современные активные вулканы и эпицентры крупных исторических землетрясений Восточной Африки, запада Аравийского полуострова, Турции и Кавказа приурочены к этой планетарной структуре.
4.1.1 Уточнение цифровой геологической карты Эльбрусского вулканического центра
Геологическое картирование проводилось с использованием материалов аэрофото- и космосъемок. На геологической карте отображены:
- площади распространения осадочных, вулканогенных, метаморфических образований расчлененных на ярусы и свиты, а также и интрузивных пород, расчлененных по составу и возрасту, слагающих древний цоколь вулканической постройки;
- лавовые и пирокластические потоки и туфовые горизонты вулкана Эльбрус с указанием их составов, возрастов и контуров распространения на поверхности;
- жерловые фации обнаруженные в пределах стратовулкана Эльбрус и более мелкие вулканы – сателлиты;
- субвулканические тела, некки, дайки, жилы (часто они указаны вне масштаба из-за малых размеров) с указанием их составов и принадлежности к выделяемым циклам активности вулкана;
- четвертичные образования (с выделением генетических типов: моренные, аллювиальные, пролювиальные, запрудных озер, оползневые и т.д. отложения);
- геологические границы и тектонические контакты с подразделением их на установленные и предполагаемые;
-ореолы и зоны развития гидротермально и метасоматически измененных пород, зоны динамометаморфических пород – тектонических брекчий и милонитов;
- геологические образования, имеющие особое значение для расшифровки эволюции вулкана (моренные отложения, фиксирующие значительные перерывы в активности вулкана; туфовые горизонты, свидетельствующие об эксплозивном характере извержений; отложения катастрофических протяженных лахаров и др.), но занимающие площади и имеющие мощности не выражающиеся в масштабе карты, показаны вне масштаба.
Проводилось картирование отдельных лавовых и пирокластических потоков и туфовых горизонтов с точной топографической и координатной привязкой (использовались персональные GPS-навигаторы) важных точек наблюдения; составлялись стратиграфические разрезы в разных частях вулканической постройки так чтобы они, по возможности, надстраивали друг друга; определялось положение в разрезах моренных отложений или поверхностей размыва, а затем проводилась корреляция всех этих разрезов для построения единого разреза со стратиграфически правильным и последовательным порядком залегания пирокластических и лавовых потоков и туфовых горизонтов друг на друге, отображающим эволюцию вулкана с периодами затишья вулканической активности. В итоге составлена принципиально новая геологическая карта вулкана Эльбрус в масштабе 1:50000. На ней были показаны границы впервые обнаруженной Эльбрусской кальдеры обрушения, Эльбрус-Кюкюртлинский кратер с крупным субвулканическом телом и неотектонические (современные) нарушения (рисунок 5).
Кроме того, особое внимание уделялось обнаружению, документации и изучению следов различных катастрофических событий (лахары, аэральный перенос пеплового материала на значительные расстояния, наводнения, образование запрудных озер, землетрясения и сейсмодислокации ассоциирующие с извержениями, каменно-ледовые обвалы и сели) связанных с прошлой активностью вулкана.
Рисунок 5 - Геологическая карта Эльбруса масштаба 1:50000.
Составлена В.М. Газеевым и А.Г. Гурбановым.
Все это нам необходимо было знать для того, чтобы правильно предсказать типы и масштабы катастрофических последствий возможных будущих извержений в пределах Эльбрусского вулканического центра. Для организации системы комплексного мониторинга, кроме уже закрепленных на местности (в коренные породы вставлены специальные металлические штыри определены их координаты) точек постоянного наблюдения, в центральной части аномалии № 2, в районе растаявшей за 2005-2006 гг. фронтальной части ледника Большой Азау, был заложен новый пункт для постоянных гравиметрических и сверхточных геодезических (GPS) измерений.
На основе полученных в процессе геологического картирования новых геологических, геоморфологических, петрохимических, геохимических данных и результатов ЭПР датирования в истории эволюции вулкана Эльбрус впервые были выделены и отображены на геологической карте следующие циклы: докальдерный, кальдерный и посткальдерный. Двух последних цикла подразделены на ранний и поздний этапы. Наиболее кислые породы (игнимбриты, лавовые потоки и туфы) риолитового состава характерны только для раннего этапа кальдерного цикла. Породы всех остальных циклов и этапов соответствуют по составу дацитам.
Породы вышеуказанных циклов охарактеризованы петрохимически и геохимически. Геохронологическая характеристика дана, большей частью, с помощью метода ЭПР датирования по породообразующему кварцу, а также с использованием K-Ar, 39AR/40Ar, U-Pb SHRIMP (по цирконам), 14C методов датирования, что также нашло отображение на геологической карте.
Магматическая активность в пределах Эльбрусского вулканического центра проявлялась в виде докальдерного вулканизма, мощного кальдерного эксплозивного извержения, приведшего к образованию кальдеры и посткальдерного вулканизма, сформировавшего современный стратовулкан Эльбрус. Ниже приводится краткая петрохимическая характеристика пород, слагающих вышеуказанные циклы и этапы.
Докальдерные вулканические образования. К ним предположительно отнесены останцы лавовых потоков трахиандезитового состава, обнаруженные в устье реки Худес (мощность до 200 м) и трахиандезибазальтового состава (мощность до 120-150 м) – в верховьях реки Тызыл. По валовой пробе породы калий-аргоновый возраст трахиандезитов реки Худес составил 800 тыс. лет [Борсук, 1979].
Кальдерный вулканизм. Связан с образованием выделенной нами [Богатиков и др., 19982] крупной (1714 км по бровке ограничивающего уступа) Эльбрусской кальдеры обрушения. С ее формированием ассоциируется массовый выброс пирокластического материала риодацитового и риолитового составов и формирование туфовых и игнимбритовых покровов. Время образования кальдеры определялось калий-аргоновым методом по стеклу и слабо раскристаллизованной основной массе биотитовых игнимбритов с характерным розовым кварцем. Этими игнимбритами сложен довольно мощный (до 200-250 м) покров, расположенный в 20 км к запад–северо-западу от вулкана Эльбрус в верховьях реки Чучхур, т.е. вне кальдерной структуры. Полученная нами по основной массе породы цифра 79070 тыс. лет, вместе с цифрами (по стеклу и основной массе из внутрикальдерных игнимбритов реки Бийтик-Тебе) 88070 и 81090 тыс. лет [Чернышев и др., 2001], скорее всего, и соответствуют времени проявления мощных эксплозивных извержений.
Посткальдерные лавы, лавобрекчии дацитового состава и туфы, преимущественно риодацитового состава, слагают расположенную внутри кальдеры позднеплейстоцен-голоценовую постройку стратовулкана Эльбрус. Через Восточный и Западный вершинные кратеры проходит субширотная, магмоконтролирующая зона Сылтранского разлома. Вулкан Эльбрус приурочен к месту пересечения Сылтранской разломной зоны с поперечным Эльбрусским разломом и «насажен» на древние кристаллические породы, образующие горстовый блок. Диаметр основания вулкана около 14-15 км с абсолютной высотой около 3 км. Причем западная и восточная вершины, а также общий конус вулкана Эльбрус, приурочены к огромной (площадь 230 км2) кальдере обрушения [Богатиков и др., 1998].
В результате детального геологического картирования и составления новой геологической карты было установлено, что в разные периоды развития Эльбрусского вулканического центра (ЭВЦ) вулканическая активность проявлялась на только в пределах современной вулканической постройки и кальдерной структуры, но и за их пределами. Так, в верхнем неоплейстоцене, в 17 км к СЗ от вершины Эльбруса, функционировал самостоятельный маленький вулкан Таш-Тебе; в среднем неоплейстоцене в 10 км к востоку от Эльбруса вулканическая активность проявилась в верховьях реки Сылтрансу; а в 15 км к СВ, в районе селения Верхний Баксан (левый борт долины реки Баксан) образовались три близко расположенные друг от друга некка дацитового состава с диаметрами варьирующими от 80 и до 200 м.
Следовательно, на разных этапах формирования Эльбрусского вулканического центра существовали периферические (приповерхностные) магматические камеры, которые поставляли расплав во все вышеуказанные проявления вулканизма. Диаметр этих камер, судя по пространственному положению упомянутых выше вулканических проявлений, должен был быть не менее 3-6 км. В связи с этим мы допускаем, что проявление будущей магматической активности может произойти не обязательно в пределах вершинных кратеров или современной вулканической постройки, но их пределами. Этот вывод очень важен для прогнозирования возможности возобновления активности Эльбруса. Приблизительно предсказать место будущего извержения помогут нам результаты геофизических исследований и данные обработки тепловых космических снимков в сочетании с геологическими (главным образом выявление зон проявления неотектоники и активных зон дегазации) данными.
|
