Петрофизические свойства вулканогенных пород разной степени гидротермального изменения в областях активного вулканизма (на примере вулкана Головнина)

Голиков Никита Александрович; Шевко Артем Яковлевич; Гора Марина Павловна; Бессонова Елизавета Павловна

ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВУЛКАНОГЕННЫХ ПОРОД РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ В ОБЛАСТЯХ АКТИВНОГО ВУЛКАНИЗМА (НА ПРИМЕРЕ ВУЛКАНА ГОЛОВНИНА)

Никита Александрович Голиков

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН 630090, Новосибирск, ул. академика Коптюга, 3, ведущий инженер, e-mail: GolikovNA@ipgg.nsc.ru

Артем Яковлевич Шевко

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН 630090, Новосибирск, ул. академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, e-mail: sp@igm.nsc.ru

Марина Павловна Гора

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН 630090, Новосибирск, ул. академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, e-mail: gora@igm.nsc.ru

Елизавета Павловна Бессонова

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН 630090, Новосибирск, ул. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, email: liza@igm.nsc.ru

Изучение петрофизических свойств в сочетании с петрологическим описанием пород активных вулканов Курильской гряды позволило установить связь основных параметров с текстурно-структурными особенностями пород. Полученные данные планируется использовать для предсказания мест положения зон фазовых переходов, являющихся наиболее перспективными при образовании эпитермальных месторождений.

Ключевые слова: петрофизические свойства, петрологическое описание.

PETROPHISICAL PROPERTIES OF VOLCANOGENIC ROCKS OF DIFFERENT DEGREE OF HYDROTHERMAL CHANGE IN AREAS OF THE ACTIVE VOLCANISM (ON THE EXAMPLE OF GOLOVNIN VOLCANO)

Nikita A. Golikov.

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Akademika Koptyuga Prsp., 3, Novosibirsk, 630090 Russian Federation. leading. engineer, e-mail: GolikovNA@ipgg.nsc.ru

Artem Ja. Shevko

Sobolev Institute Of Geology And Mineralogy SB RAS, Akademika Koptyuga Prsp., 3, Novosibirsk, 630090 Russian Federation. scientist. e-mail: sp@igm.nsc.ru

Marina P. Gora

Sobolev Institute Of Geology And Mineralogy SB RAS, Akademika Koptyuga Prsp., 3, Novosibirsk, 630090 Russian Federation. scientist. e-mail: gora@igm.nsc.ru

Elizaveta P. Bessonova

Sobolev Institute Of Geology And Mineralogy SB RAS, Akademika Koptyuga Prsp., 3, Novosibirsk, 630090 Russian Federation. scientist. e-mail: liza@igm.nsc.ru

Study of petrophysical properties in combination with petrological description of rocks from active volcanoes of the Kuril island arc allowed to link basic parameters with texture-structural characteristics of rocks. The data will be used to predict the locations of areas of phase transitions, which are the most promising in the formation of epithermal deposits.

Key words: petrophisical propeties, petrological description.

Комплексное изучение флюидных систем активных вулканов позволяет получить информацию о динамике параметров состояния и изменении

физических характеристик твердой фазы на нестационарной стадии

формирования температурной и вещественной зональности метасоматических изменений в массивах пород и высокопроницаемых областях разгрузки гидротерм. Как показано [1], вулканогенные породы, претерпевшие гидротермальные преобразования, обладают специфическим комплексом петрофизических свойств. Поэтому возникает проблема сопряженного

описания динамики преобразований состава пород и их петрофизических характеристик при воздействии на них потоков магматогенных флюидов с меняющимся химическим и фазовым составом. Нами доказано, что пористость и проницаемость, а также теплоотдача с поверхностей флюидопроводника определяют фазовый состав флюида поднимающегося от магматической камеры к земной поверхности [4]. В свою очередь зоны фазовых переходов являются геохимическими барьерами, на которых могут накапливаться рудные компоненты. Одним из методов предсказания местонахождения зон фазовых переходов в действующих вулкано-гидротермальных системах является физикохимическое моделирование. В настоящее время все модели вулканогидротермальных систем строятся с использованием теоретически

предполагаемых свойств разреза [2]. Использование методов изучения петрофизических свойств в сочетании с петрологическим описанием позволят перейти к корректному заданию свойств флюидопроводников для построения физико-химических моделей с помощью уже разработанных программных комплексов [3].

Кальдера Головнина находится на юге острова Кунашир, ее диаметр более 10 км в основании и 4.5 км по гребню. Стенки кальдеры сложены в основном туфогенно-осадочными образованиями. В центре кальдеры расположено несколько экструзивных куполов андезидацитового состава. В настоящее время активность проявлена действием нескольких фумарольных полей. В центральной части кальдеры по берегам оз. Кипящее опробованы коренные обнажения экструзивных куполов Центральный Восточный и Центральный Западный и в различной степени измененные породы термальных площадок.

Андезидациты экструзивных куполов имеют массивную (обр. КН-11, 14) или пористую (обр. КН-10) текстуру (пористость преимущественно пузырчатая) и порфировую структуру с гиалопилитовой или вариолитовой основной массой.

Порфировые выделения, количество которых достигает 30 об.%, представлены субидиоморфными кристаллами плагиоклаза и пироксена. Плагиоклаз среди вкрапленников преобладает и образует зональные кристаллы размером до 3-4 мм и гломеропорфировые срастания. Отмечаются микропорфировые выделения титаномагнетита, количество которых может достигать 1-2 об.%.

Метасоматические изменения андезидацитов выражены в частичном (КН-19) или полном (КН-15, 16) замещении новообразованными минералами порфировых выделений и базиса породы. На начальном этапе метасоматической переработки пород происходит пелитизация по трещинам порфировых выделений плагиоклаза, остальные минералы (пироксен, титаномагнетит) остаются неизмененными. В дальнейшем процесс изменения захватывает как базис породы, так и вкрапленники с образованием аргиллизитов - пород, состоящих из кварца, каолинита и других глинистых минералов. При этом характерны структуры просвечивания - в шлифах отчетливо видны порфировые выделения плагиоклаза (пелитовый агрегат), пироксена (халцедон) и титаномагнетита (лейкоксен). На заключительных этапах преобразования андезидацтов в аргиллизите выделяются псевдоморфозы агрегата шестоватых кристаллов пренита, развивающегося по плагиоклазу вкрапленников (КН-15).

Туфогенно-осадочные образования представлены обломками андезита и туфа в псаммито-алевритовом цементе (КН-18 и 17). Текстура пористая с пузырчатым и щелевидным типом пористости, щели и каналы сосредоточены вокруг обломков. Структура кристалло- и литокластическая с различной степенью измененности обломков - от совершенно свежих кристаллов кварца, плагиоклаза, пироксена и округлых обломков андезитов до полностью аргиллизированных. В цементе широко развиты гидроокислы железа, придающие породе охристый до кирпично-красного цвет.

Исследование петрофизических свойств образцов проводилось по стандартным и общепринятым методикам, модифицированным с учетом того, что часть образцов имели кавернозную пористость. Выполнен следующий комплекс анализов:

1. Пористость методом водонасыщения

2. Объемная и минералогическая плотности

3. Абсолютная проницаемость по газу

4. УЭС при естественном насыщении

5. УЭС при искусственном насыщении раствором с минерализацией 6 г/л

6. Изменение УЭС при повышении температуры от комнатной до 70оС

Ниже приведены основные результаты проведенных исследований.

Таблица. Петрофизические характеристики вулканогенных пород

№ п/п № обр Кпр, Кп, Плотность, г/см3 УЭС Ом*м

мД % объемная минеральная 6г/л

1 Кн-15 9 34.77 1.45 2.23 7.20

2 Кн-16 39 38.51 1.32 2.15 12.20

3 Кн-17 2069 61.86 1.07 2.80 3.84

4 Кн-18 334 50.78 1.34 2.72 9.34

5 Кн-19 397 32.79 1.76 2.61 11.21

6 Кн-10 1728 33.41 1.76 2.64 18.40

7 Кн-11 17 14.08 2.25 2.62 53.48

8 Кн-14 16 19.10 2.13 2.64 46.33

Метасоматические изменения находят отражение в петрофизических свойствах пород. Зависимость проницаемость-пористость распадается на две: а) - для сильноизмененных андезидацитов и туфов и б) - для свежих андезидацитов (рис. 1). Измененные андезидациты при высоких значениях коэффициента пористости имеют незначительную проницаемость, что связано, по всей видимости, с большим количеством в них глинистых минералов.

Коэффициент проницаемости, мД

10000 I 1000 I 100 ]

10 1

0 10

Коэффициент пористости, %

Рис. 1. Зависимость пористость - проницаемость для вулканогенных пород

О поведении зависимости УЭС(Кп) для изученных пород ввиду небольшого количества образцов однозначного вывода сделать нельзя. Тем не менее, на рисунке 2 можно видеть, что падение УЭС сопровождается ростом пористости в ряду пород свежие андезидациты - измененные андезидациты -туфы. В целом точки ложатся на одну кривую с показателем степени -1.74, что характерно для терригенных пород.

УЭС Ом*м

Коэффициент пористости, %

Рис. 2. Зависимость удельного электрического сопротивления от пористости

Ур, Уб, м/с

Рис. 3. Зависимости скоростей Р и Б волн для различных пород

Такой же характер носит зависимость скоростей продольных и поперечных волн от пористости вулканогенных пород (рис. 3). Поскольку скорости распространения волн определяются минеральным составом и структурой горных пород, свежие андезидациты характеризуются более высокими скоростями в сравнении с измененными породами и туфами.

Проведенные исследования показали, что физические свойства пород зависят от их текстурно-структурных характеристик и состава:

1. Обломочные породы (туфы и туфобрекчии) имеют более высокую пористость и проницаемость и низкую плотность и УЭС.

2. В зависимости от типа пород (туфы или андезидациты) изменяется связь пористости с проницаемостью.

3. Массивные породы (в нашем случае свежие андезидациты) обычно менее пористые и имеют наиболее высокие значения УЭС.

4. Проницаемость напрямую не зависит от пористости и осложнена метасоматической переработкой, которая приводит к изменению структуры порового пространства, что, в свою очередь, влияет на проницаемость пород.

Таким образом, полученные данные могут быть использованы при физикохимическом моделировании для предсказания мест положения зон фазовых переходов, являющихся наиболее перспективными при образовании эпитермальных месторождений.

Работа выполнена при поддержке гранта компании ОПТЭК 2012 г.

1. Фролова Ю.В., Ладыгин В.М. Петрофизические преобразования пород Мутновского вулканического района (Южная Камчатка) под воздействием гидротермальных процессов // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2008. № 1 (выпуск 11). С. 158-170.

2. Шарапов В.Н., Черепанов А.Н., Черепанова В.К., Бессонова Е.П. К динамике фазовых барьеров во флюидных рудообразующих системах вулканических дуг // Г еология и геофизика, 2008. Т. 49. № 11. С. 1098-1109.

3. Бессонова Е. П., Гора М. П., Шевко А. Я., Чудненко К. В., Черепанова В. К. Оценка динамики изменения физических характеристик гидротермально измененного разреза по данным неизотермического физико-химического моделирования (на примере в. Мутновский) // Физика земли, 2011, № 6, с. 57-68

4. Бессонова Е.П., Шарапов В.Н., Чудненко К.В., Черепанова В.К. Новые возможности модели тепловой и физизко-химической динамики для описания вулканогенных эпитермальных месторождений (на примере Асачинского месторождения, Камчатка) // Докл. РАН, 2010, Т. 431, № 4, с. 521-525.

Petrophisical properties of volcanogenic rocks of different degree of hydrothermal change in areas of the active volcanism (on the example of golovnin volcano)