Данный этап НИР неразрывно связан с полевыми исследованиями в пределах Эльбрусского вулканического центра; приобретением кондиционных (покрытие облаками не более 10 % территории) ночных космических снимков NOAA и ASTER. В рамках данного этапа были проведены исследования и получены новые научные результаты по поверхностным тепловым аномалиям, которые отражают реальные тепловые процессы внутри вулканической постройки и на прилегающих территориях.
Основная часть «Тепловые аномалии Эльбрусского вулканического центра»
Глава 1 Исследование геолого-геофизических и тепловых аномалий в районе Эльбрусского вулканического центра
Данный этап НИР неразрывно связан с полевыми исследованиями в пределах Эльбрусского вулканического центра; приобретение кондиционных (покрытие облаками не более 10 % территории) ночных космических снимков NOAA и ASTER. В ряде случаев потребовалось проведение высокоточных гравиметрических исследований по профилям в пределах выявленных дистанционным методом тепловых аномалий №№2 и 3; проведение детальных геологических наблюдений в районе выявленных дистанционным методом тепловых аномалий №№1, 1-А, 2 и 3 с измерением температур поверхности.
Кроме того, петролого-геохимические, геологические и геофизические исследования были проведены в районе Эльбрусского вулканического центра. В центральной части аномалии №2, в районе растаявшей фронтальной части ледника Большой Азау, был заложен пункт для постоянных (мониторинг) гравиметрических и сверхточных геодезических (GPS) измерений.
В задачу полевых и камеральных исследований входило:
анализ имеющихся данных по эволюции плейстоцен-голоценового вулканизма в пределах Транскавказского поперечного поднятия;
систематизация и анализ имеющихся геологических и геофизических карт разных масштабов на район Приэльбрусья с целью выявления крупных долгоживущих разрывных нарушений глубинного заложения, уточнение цифровой геологической карты Эльбрусского вулканического центра с выделением на ней циклов и этапов в истории его развития. Особое внимание уделялось изучению его голоценовой истории, выявлению современных активных разломов и следов палеокатастрофических последствий прошлых извержений Эльбруса;
приобретение, разбраковка и обработка ночных тепловых снимков со спутников NOAA за летние периоды с целью выявления тепловых аномалий разной интенсивности, обусловленных наличием под ними близповерхностных магматических камер. Сопоставление результатов теплового дистанционного зондирования с геофизическими данными о наличии на незначительной глубине от поверхности горячего магматического расплава. Нанесение выявленных тепловых аномалий на топооснову и геологическую карту. Эти данные помогут выявить разную динамику отступления ледников (над аномалиями отступление должно быть более быстрым);
проведение геофизических (гравиметрические исследования по профилям вдоль долин рек Кыртык, Ирик - для изучения восточной части вулканической постройки; от кресельного подъемника и до восточной вершины вулкана Эльбрус) исследований с интерпретаций полученных данных для выявления под вулканом Эльбрус наличия или отсутствия периферических (близповерхностных) магматических камер и глубинного магматического очага.
Важно отметить, что в процессе полевых работ стало очевидным, что для изучения возможных эндогенных процессов, обусловивших появление тепловых аномалий, необходимо: обработать ночные космоснимки за зимние периоды 2003-2011 гг.; на постоянных точках наблюдения реперных гравиметрических профилей необходимо организовать проведение систематических GPS измерений скоростей вертикальных и горизонтальных перемещений отдельных блоков земной коры и аналогичные измерения проводить в пределах выявленных зон активных разломов для определения амплитуд перемещений по ним.
В процессе проведения комплексных полевых исследований и анализа имеющихся у исполнителей и литературных данных, получены следующие основные результаты.
Анализ площадного распространения и эволюции плейстоцен-голоценового вулканизма, проявившегося в пределах Транскавказского поперечного поднятия, показал [1,2], что эта крупная структура является северным окончанием структуры планетарного масштаба - Восточно-Африканского-Транскавказского рифтового пояса под которым, по геофизическим данным, существует мантийный выступ (рисунок 1).
Рисунок 1 - 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.
Геологическое картирование проводилось с использованием материалов аэрофото - и космосъемок.
В процессе полевых работ были уточнены: южная и восточная границы Эльбрусской кальдеры обрушения; геологическое строение Эльбрусского вулканического центра в истоках рек Малки и Кизилкола. 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 субвулканическим телом и неотектонические (современные) нарушения (рисунок 2).
Кроме того, в процессе полевых работ 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. Все это нам необходимо было знать для того, чтобы правильно предсказать типы и масштабы катастрофических последствий возможных будущих извержений в пределах Эльбрусского вулканического центра.
Рисунок 2 - Геологическая карта Эльбруса масштаба 1:50000.
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 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.
Кальдерный вулканизм cвязан с образованием выделенной нами [3] 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 [4], 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.
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.
Изучение неотектоники, и особенно магмоподводящих и современных активных разломов, имеет очень важное значение для прогноза будущей вулканической активности в регионе, и определения места её проявления в виде вулканической постройки трещинного или центрального типа, а также для выявления опасных мест, где современные активные разломы, в случае их активизации, могут привести к обрушению частей висячих ледников (Терскольский, Кюкюртлинский и др.), существующих в пределах Эльбрусского вулканического центра.
Методика выявления молодых разломов и зон повышенной трещиноватости (неотектоника) в породах древнего кристаллического фундамента включает в себя следующие виды наблюдений:
1) геологическое картирование зон разломов, смещающих одни лавовые потоки и перекрывающихся без смещения более молодыми лавовыми потоками или туфовыми горизонтами.
В этом случае, зная возраст перекрывающих (без смещения) их вулканических образований, можно оценить время образования и активности разломов;
2) дешифрирование аэрофото- и космоснимков с различных систем спутников поможет выявить как локальные (в том числе и сейсмические рвы), так и региональные зоны разломов к которым приурочены проявления вулканизма (некки, дайки, ареалы распространения вулканических пород). Выявленные таким образом зоны разломов обязательно должны заверяться наземными геологическими наблюдениями и отображаться на геологической карте (рисунок 3).
Примером такой региональной зоны разлома является субширотная зона магмоподводящего Сылтранского разлома, к которой приурочены проявления вулканизма в верховьях реки Сылтрансу, некки в истоках рек Кюкюртли и Уллукам, а также Восточный и Западный вершинные кратеры Эльбруса. Следовательно, этот разлом был достаточно долгоживущим (по данным ЭПР датирования подвижки по нему происходили в течение примерно 210 тыс. лет).
По кальдерообразующему разлому, проходящему в юго-восточной части вулканической постройки (рисунок 3).
В случае его активизации, может произойти отрыв и обвал висячего языка ледника Терскол, что может иметь катастрофические последствия, если ледово-каменная лавина достигнет поселка Терскол.
Здесь важно отметить, что в границе тепловой аномалии №2, выявленной во фронтальной части ледника Большой Азау, над зоной кальдерообразующего разлома, в месте его пересечения с локальным современным субмеридиональным разломом, нами наблюдалось в течение 2 часов (с 1430 до 1630) яркое свечение в виде вертикального столба высотой не менее 200 м.
|
