CC BY
70
СТРУКТУРА ПОДВОДЯЩИХ КАНАЛОВ ТЕРМАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВУЛКАНА МУТНОВСКИЙ ПО ГЕОФИЗИЧЕСКИМ, ГЕОХИМИЧЕСКИМ И ПЕТРОФИЗИЧЕСКИМ ДАННЫМ
София Павловна Бортникова
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, аспирант лаб. электромагнитных полей, тел. (913)959-77-02, e-mail: sofia.bortnikova@,gmail. com
Игорь Николаевич Ельцов
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, зав. лаб. электромагнитных полей, тел. (383)363-80-39, e-mail: [email protected]
В статье рассматривается комплексное исследование активной гидротермальной системы вулкана Мутновского геофизическими, геохимическими и петрофизическими методами. Приведены геоэлектрические разрезы подповерхностного пространства термального поля, реконструированы возможные пути подтока флюида, проанализирована связь между данными электротомографии и результатами геохимических анализов.
Ключевые слова: электроразведка, геохимия, вулканология, гидротермы.
THERMAL SPRINGS STRUCTURE AT MUTNOVSKY VOLCANO ACCORDING TO GEOPHYSICAL, GEOCHEMICAL AND PETROPHYSICAL DATA
Sofia P. Bortnikova
A.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug 3, graduate of the electromagnetic fields lab., tel. (913)959-77-02, e-mail: sofia.bortnikova@,gmail. com
Igor N. Eltsov
A.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug 3, head of the electromagnetic fields laboratory, tel. (383)363-80-39, e-mail: [email protected]
The article discusses an integrated study of an active hydrothermal system of the Mutnovsky volcano by geophysical, geochemical and petrophysical methods. Geoelectric sections shows the subsurface thermal field space, reconstructed ways of fluid inflow, analyzed behavior between elektrotomography data and geochemical analyzes results.
Key words: electromagnetics, geochemistry, volcanology, hydrothermal fluids.
Введение
Работа выполнена по материалам, полученным в ходе полевых работ по проекту РФФИ № 09-05-01138-а, и Интеграционному проекту № 96 СО РАН и ДВО РАН. В рамках проектов разрабатывались модели формирования и эволюции флюидо-магматических систем в областях современного вулканизма Курило-Камчатского региона.
Основной целью данной работы было определение структуры и путей миграции высокоминерализованных растворов в приповерхностном пространстве термальных полей Мутновского вулкана.
Активные гидротермы влк. Мутновский
Постройка Мутновского вулкана, имеет максимальную высоту 2323 м [7]. В периоды «затишья» активность вулкана реализуется через обширную сеть термопроявлений в активных кратерах и многочисленных термальных площадках (рис. 1). Самым крупным проявлением активности в том районе является Северо-Мутновское термальное поле.
Рис. 1, 2. Слева направо: Донное термальное поле с вертолёта. Фото Н.И. Селивёрстова, Северо-Мутновское термальное поле
Северо-Мутновское фумарольное поле представляет собой компактную группу газогидротермальных источников (рис. 2), сложено гидротермально изменёнными базальтами. На фумарольном поле насчитывается около 20 сильных паровых струй с расходом более 0.03 кг/с пароводяной смеси и температурой 96-110°С.
Исследования на влк. Мутновском
В течение полевых работ в разные годы на Мутновском вулкане опробованы источники, водоемы и грязевые котлы [2, 3]. Практически все типы растворов были охвачены при опробовании Донного и Северо-Мутновского термальных полей: небольшие кипящие котлы с прозрачной или полупрозрачной водой; кипящие грязевые котлы, цвет которых варьируется от желтовато-белого до густо-черного.
Применяя методы частотного зондирования (ЧЗ) и электротомографии [1 -5], было проведено зондирование Донного и Северо-Мутновского фумароль-ных полей, которое позволило прояснить вопросы, связанные со структурой и геометрией флюидопроводников.
Основные особенности состава флюидов на Северо-Мутновском фума-рольном поле, влияющие на использование методов геоэлектрики:
1. Большое разнообразие гидрохимических параметров в близкорасположенных зонах термальных разгрузок.
2. Аномально высокое содержание некоторых типоморфных элементов (Сг, N1, Со, Ті, V), указывающие на глубинное происхождение гидротерм.
3. Резкое изменение концентраций в растворах многих элементов на приповерхностном барьере, что указывает на существование механизмов аккумулирования при резкой смене условий разгрузок.
В 2007 г. на фумарольном поле было проведено ЧЗ, что позволило выявить геоэлектрическую зональность подповерхностного пространства на глубину до 7 м (рис. 3) и объяснило особенности большого разнообразия гидрохимического состава термальных проявлений.
На профилях хорошо проявлены зоны с относительно высоким (красный цвет) и низким (синим) электрическим сопротивлением. Фумарольное поле представляет собой хорошо проводящую среду, значения кажущегося сопротивления колеблются в интервале 0.8 - 3.2 Ом*м.
і------------1------------1------------1------------1------------1------------1------------1-----1
О 10 20 30 40 50 60 70 75 м
№ профилей
Рис. 3. Расположение профилей
ЧЗ на Северо-Мутновском фумарольном поле (левая фотография) и результаты зондирования по профилям
Исходя из рис. 3 относительно высокоомные участки среды на поверхности по направлению вниз истончаются и совсем исчезают за счет взаимодействия с поднимающимися агрессивными гидротермами. Низкоомные зоны отражают строение подводящих каналов и границы фазовых барьеров. Низкое УЭС не всегда указывает на наличие высокоминерализованных растворов в поровом пространстве. На величину УЭС, кроме уровня минерализации, температуры и кислотности, влияет также минеральный состав взвеси и соотношение «вода-порода» в каждом конкретном случае. Синим цветом выделены зоны горячих кислых высокоминерализованных растворов с высоким значением отношения «вода/порода».
Расчёты УЭС из минерализации и удельной электропроводности растворов
Кажущееся электрическое сопротивление, полученное на профилях частотного зондирования, было сопоставлено с сопротивлением среды, вычисленным несколькими способами:
1. Расчёт УЭС из электропроводности растворов, разгружающихся в котлах после некоторого остывания и оседания взвеси.
2. Расчёт УЭС pw солёного раствора NaCl по формуле, описанной в работах
[8 - 12]: р„ = [(0. О 1 2 З+pi)^; ,
где концентрация солей C измеряется в
3
ppm (partpermillion~10" г/л), температура T в градусах Цельсия (рис. 4).
Оказалось, что в зонах выхода гидротерм вычисленое УЭС практически полностью совпадает с интерпретацией измерений ЧЗ и естественно, что УЭС пористой насыщенной флюидами породы выше, чем по геоэлектрическим измерениям методом ЧЗ. В этом случае для расчета УЭС необходимо применять формулы, учитывающие гетерогенность флюидонасыщенных пород.
Незначительное расхождение УЭС растворов в зонах разгрузки можно объяснить тем, что электропроводность замерялась в уже остывших растворах, а на профилях ЧЗ значения электропроводности измерялись in situ. Но на качественном уровне, вычисленные по приведённой выше формуле УЭС адекватно отражают распределение электросопротивления на профилях ЧЗ, что позволяет нам интерпретировать получаемую геоэлектрическую зональность как отражение особенности миграции флюида к поверхности.
Результаты электротомографии
Методом электротомографии были построены 2 разреза, характеризующие строение этого термального поля на глубину до 40 м. На рис. 5 приведен один из них, пересекающий вкрест линию грязевых аномальных котлов.
Одним из основных результатов следует считать хорошую сходимость значений УЭС среды, определенного методом электротомографии и кажущегося сопротивления, полученного методом частотного зондирования.
Рис. 4. Зависимость удельного сопротивления растворов хлористого натрия от концентрации при различной ^ [6]
Рис. 5. Положение профиля и разрез по данным электротомографии на термальной площадке Донного поля.
Значения сопротивлений среды по данным электрометрии на подобных объектах могут соотноситься с величиной общей минерализации растворов как на поверхности, так и в более глубоких частях разреза. Важно, что конфигурация подводящего канала указывает на его глубокие корни, уходящие вниз вертикально, что подтверждает результаты термодинамического моделирования и сделанные предположения о трещиноватой проницаемой зоне подъема рассолов.
Авторы выражают благодарность своим коллегам за участие в получении экспериментальных данных и консультации по интерпретации результатов измерений - С.Б. Бортниковой, Г.Л. Панину, Г.В. Нестеровой.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Балков, Е. В. Манштейн А.К. Трехкатушечный индукционный зонд в частотном зондировании // Геофизический вестник, 2001, №12, с. 17-20.
2. Бортникова С.Б., Гавриленко Г.М., Бессонова Е.П., Лапухов А.С. Гидрогеохимия термальных источников вулкана Мутновский (Южная Камчатка) // Вулканология и Сейсмология, 2009, №6, с. 26-43.
3. Бортникова С.Б., Шарапов В.Н., Бессонова Е.П. Гидрогеохимический состав источников фумарольного поля донного Мутновского вулкана (Южная Камчатка) и проблемы их связи с надкритическими магматическими флюидами // Докл. РАН, 2007, 413, №4, с. 530-534.
4. Бортникова С.П., Ельцов И.Н., Панин Г.Л., Нестерова Г.В., Ковбасов К.В. Электропроводность вулканических образований по результатам электротомографии и петрофизиче-ским оценкам // Тезисы докладов НК Геодинамические процессы и природные катастрофы в Дальневосточном регионе, Южно-Сахалинск, 2011, с. 9-10.
5. Панин Г.Л., Котенко Т.А., Балков Е.В. Современные геоэлектрические методы в задачах определения структуры транспорта вещества термальных полей вулканогенных объектов Северных и Южных Курил // Тезисы докладов НК Геодинамические процессы и природные катастрофы в Дальневосточном регионе, Южно-Сахалинск, 2011, с. 46-47.
6. Пирсон С.Д. Справочник по интерпретации данных каротажа. М.:Недра, 1962, 412 с.
7. Селянгин О.Б. Новое о вулкане Мутновский: строение, развитие, прогноз // Вулканология и сейсмология, 1993, № 1. с. 17 - 35.
8. Li S., Shen L.C. Dynamic invasion profiles and time-lapse electrical log [Электронный-ресурс] // SPWLA 44th Annual Logging Symposium. - 2003. - P. 1-13. http://www.spwla.org/cgi-bin/shop.pl?choice=display;item_id=2603.
9. Tobola D.P., Holditch S.A. Determination of reservoir permeability from repeated induction logging // SPE Formation Evaluation. - 1991. - March. - P. 20-26.
10. Yao C.Y., Holditch S.A. Reservoir permeability estimation from time-lapse log data // SPE Formation Evaluation. - 1996. - V. 11. - P. 69-74.
11. Zhang J-h., Hu Q., Liu Z-h. A method to evaluate reservoirs and estimate saturation by dynamic responses of dual-induction logging tools // Journal Petroleum Science Engineering. -1998. - V. 19. - P. 233-240.
12. Zhang J-h., Hu Q., Liu Z-h. Estimation of true resistivity and water saturation with a time-lapse induction logging method // The Log Analyst. - 1999. - V. 40. - No 2. - P. 138-148.
© С.П. Бортникова, И.Н. Ельцов, 2013
