Поведение ртути на термальных полях Камбального хребта (Южная Камчатка)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поведение ртути на термальных полях Камбального хребта (Южная Камчатка)

Нуждаев А.А.

Аннотация

В работе приведены данные о концентрациях ртути полученные в ходе изучения термальных полей Камбального вулканического хребта (Южная Камчатка) и показаны изменения концентрации ртути обнаруженные после извержения Камбального вулкана.

Ключевые слова: геохимия ртути, гидротермальная система, Камбальный хребет, Южная Камчатка.

Abstract

The paper presents data on mercury concentrations obtained during the study of the thermal fields of the Kambalny volcanic ridge (South Kamchatka) and shows the changes in mercury concentration detected after the eruption of the Cumulus volcano.

Key words: geochemistry of mercury, hydrothermal system, Kambalny Range, South Kamchatka.

Камбальный вулканический хребет представляет собой группу сильно эродированных разновозрастных (от плейстоцена до голоцена) вулканических построек вытянутых в субмеридиональном направлении [1, 2]. В южной части хребет замыкает действующий вулкан Камбальный, последнее извержение которого произошло в марте-апреле 2017 г. [7, 3]. Гидротермальная активность представлена на поверхности тремя крупными группами гидротермальных полей. Однако, проявления гидротермальной активности в виде отдельных котлов и паровых струй наблюдаются практически по всей площади Камбального хребта [2].

В связи с труднодоступностью данного района, работы проводились только на некоторых термальных полях: Южно-Камбальное Центральное термальное поле локализовано в кольцевой структуре диаметром 500-600 м, представляющей собой кратер верхнечетвертичного андезитового вулкана [10]. Разгружающиеся здесь термальные воды отличаются высокими содержаниями Au, редкощелочных элементов и низкими отношениями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, что указывает на наличие глубинного флюида, участвующего в формировании терм. Гидротермально измененные породы и глины этого поля также характеризуются высокими концентрациями Au, Ag, Hg, щелочных металлов [10]. Южно-Камбальное Дальнее термальное поле является самым большим по площади термопроявление Камбального хребта. Располагается в верховьях р. Этамынк. Западная часть поля занимает глубоко врезанную долину ручья с выходами сухого пара на склонах и водными разгрузками в нижней (русловой) части площадки. Восточная часть поля расположена на более высоких отметках представляет собой заболоченный участок с многочисленными термальными озерцами. Юго-Восточный участок расположен в правом склоне ручья, для него так же характерна заболоченность. В целом данное поле отличается большим количеством воды на его поверхности в виде различных грязевых и водных котлов, термальных озер и прогретых обводненных участков. Северо-Камбальное термальное поле представлено серией разгрузок в северной части хребта, в верховьях р. Трудного с основной наиболее крупной разгрузкой представленной паровыми струями и парящими участками, грязевыми и водными пульсирующими котлами [5]. В целом, все термальные поля Камбального хребта имеют схожие показатели по выносу тепла и по газовому составу, а проведенные расчеты, говорят, что температуры в недрах питающих данные разгрузки достигают 250 ^оС [2].

Фактический материал

В рамках работ лаборатории геотермии Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН проводилось опробование различных сред на определение концентраций ртути. Отбор образцов (гидротермальных глин, термальных вод, пароконденсатов и поровых растворов) и пробоподготовка выполнена по стандартным методикам [8]. Аналитические исследования проведены в ИГХ СО РАН, г. Иркутск (атомно-абсорбционный метод). Отбор и консервирование водных проб и паро-газовой фазы выполнены согласно методике, разработанной в ИГХ СО РАН.

Гидротермальные глины

Наибольшими значениями концентраций ртути, среди изученных гидротермальных глин Паужетско-Камбально-Кошелевского геотермального района, характеризуются глины термальных полей Камбального вулканического хребта. Из-за своей удаленности и труднодоступности на площади Южно-Камбального Дальнего и Южно-Камбального Центрального термальных полей было пройдено только по одному шурфу, однако и этого достаточно, что бы говорить о существенном отличии в концентрациях ртути в гидротермальных глинах Камбального хребта по сравнению с глинами Паужетской и Кошелевской гидротермальных систем [6, 9]. В глинах Южно-Камбального Дальнего термального поля, среднее содержание ртути находится на уровне 14,9 мг/кг, наблюдается постепенное уменьшение концентраций ртути к основанию разреза от 18,7 мг/кг до 0,83 мг/кг, и на забое - резкое увеличение до 66,7 мг/кг. Содержание ртути в глинах Южно-Камбального Центрального термального поля является максимальным из проанализированных. Концентрации ртути находятся в широком интервале значений от 7,1 до 236,4 мг/кг, среднее значение 81,5 мг/кг. (рис. 1, б). Таким образом, можно говорить, что весь разрез гидротермальных глин обогащен ртутью, и никаких явных закономерностей, в отличие от Паужетских и Кошелевских термальных полей [9] в разрезе не наблюдается.

Рис. 1

Поровые растворы гидротермальных глин

Поровые воды микрокапиллярных пор - среда, в которой наиболее интенсивно протекают процессы, определяющие массообмен между водной и твёрдой фазами горных пород. Поровые растворы опробовались в глинистой толще из шурфа, пройденного на Южно-Камбальном Дальнем термальном поле. Концентрации ртути находятся в приделах 42,7 - 1,5 мкг/кг, сред значение 12,95 мкг/л (рис. 2). Среди всех рассматриваемых водных проб, данная среда является наиболее обогащенной ртутью, при этом по разрезу просматривается тенденция к увеличению концентраций в приповерхностных слоях.

Рис. 2. Диаграмма концентраций ртути в разрезе гидротермальных глин на площади Южно-Камбального Дальнего термального поля

Термальные воды

Природные воды на площади Камбального хребта опробовались, в разные годы, на трех термальных полях - Южно-Камбальном Дальнем и Южно-Камбальном Центральном и Северо-Камбальном. Воды со всех трех термальных полей отличаются несколько более высокими концентрациями ртути в сравнении с другими рассмотренными нами термальными полями [4]. В воде Северо-Камбального поля концентрации ртути несколько ниже и находятся в интервале 0,01-0,28 мкг/л, среднее значение 0,11 мкг/л. В воде Южно-Камбального Центрального поля концентрации ртути составляют 0,1-1,14 мкг/л, среднее значение - 0,61 мкг/л. Максимальные концентрации ртути были определены в водах Южно-Камбального Дальнего термального поля, здесь Hg в пределах 0,24-3,52 мкг/л, со средним значением 0,70 мкг/л. Как и в водах Кошелевских термальных полей [4], в водах термальных полей Камбального хребта максимальные концентрации ртути были обнаружены в пробах из горячих пульсирующих (газонасыщенных) водных котлов. При сравнении концентраций ртути в термальных водах с площади термальных полей Камбального хребта отобранных до и после извержения Камбального вулкана, каких либо значимых изменений в концентрациях ртути в воде, обнаружено не было.

Пароконденсат

Опробование парогазовых струй проводилось на трех термальных полях Камбального вулканического хребта, опробовались струи на площади Северо-Камбального, Южно-Камбального Центрального и Южно-Камбального Дальнего термальных полей. Опробование проводилось в течение нескольких лет до извержения вулкана Камбальный и после него. Опробовались все наиболее крупные парогазовые струи. Работы на нем Южно-Камбальном Дальнем термальном поле проводились в 2012 году, было опробовано 13 парогазовых струй. Концентрации ртути полученные из парогазовых струй данного поля находятся в интервале 5,3 - 25,3 мкг/л, со средним значением 13,5 мкг/л. Концентрации ртути на Южно-Камбальном Центральном термальном поле проводилось в 2017 г, показало концентрации ртути в интервале 8,9 - 29,2 мкг/л, среднее значение 16,8 мкг/л. Северо-Камбальное термальное поле - единственное поле Камбального хребта, где удалось провести опробование парогазовых струй до и после извержения 2017 года. В пробах, отобранных в 2012 году, концентрации ртути были определены в интервале 2,8-4,9 мкг/л, среднее значение - 3,5 мкг/л. При опробовании 2017 г, которое производилось в тех же точках, концентрации ртути находились в интервале 4,5 - 18,7 мкг/л со средним значением 13,4 мкг/л. Таким образом, было зафиксировано увеличение концентрации ртути, произошедшее после извержения Камбального вулкана.

Приведенные данные говорят о том, что гидротермальная система Камбального хребта является мощным современным источником поступления и накопления ртути. Основным агентом, доставляющим ртуть к дневной поверхности ртути являются гидротермальные растворы, находящиеся в парогазовом состоянии, на это указывают и повышенные концентрации ртути в водных котлах с парогазовыми струями, и резкое увеличение концентраций ртути в парогазовых струях, произошедшее после извержения Камбального вулкана в 2017 г. Кроме того, зафиксированное увеличение концентрации ртути в гидротермальных растворах, произошедшее после извержения Камбального вулкана, может подтверждать предположение о связи термопроявлений Камбального хребта с современным вулканизмом.

гидротермальный ртуть вулканический камбальный

Библиографический список

1. Белоусов В.И. Геология геотермальных полей. М.: Наука, 1978. 176 с

2. Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. 282 с.

3. Гирина О.А., Мельников Д.В., Маневич А.Г., Нуждаев А.А. Извержение вулкана Камбальный в 2017 г. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2017, № 2.

4. Нуждаев А. А., Рычагов С.Н. Особенности поведения ртути в зоне гипергенеза Нижне-Кошелевской геотермальной системы (Южная Камчатка) // Материалы региональной научной конференции «Вулканизм и связанные с ним процессы», посвящённой Дню вулканолога. 2014

5. Огородова А.С. Отчет по теме: Рассеянные элементы в современных гидротермально-измененных породахи минералах на примере термального поля II группы Южно-Камбальных паровых струй и Паужетских гидротерм. П-К: Институт вулканологии. 1971.

6. Рычагов С.Н., Нуждаев А.А., Степанов И.И. Поведение ртути в зоне гипергенеза геотермальных месторождений (Южная Камчатка) // Геохимия. 2009. №5. С.533-542.

7. Рычагов С.Н., Сандимирова Е.И., Сергеева А.В., Нуждаев И.А. Состав пепла вулкана Камбальный (извержение 2017 г.) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, 2017. № 4. Выпуск 36. С. 13-27

8. Рычагов С.Н., Степанов И.И. Гидротермальная система вулкана Баранского, о-в Итуруп: особенности поведения ртути в недрах // Вулканология и сейсмология. 1994. № 2. С. 41-52.

9. Рычагов С.Н., Нуждаев А.А., Степанов И.И. Ртуть как индикатор современной рудообразующей газо-гидротермальной системы (Камчатка). Геохимия. 2014. №2.С.145-157

10. Структура гидротермальной системы. М.: Наука, 1993. 298 с.

Размещено на Allbest.ru