Вулканология и сейсмология, 2022, № 6, стр. 27-41
Комплексные геолого-геофизические исследования подводного вулкана Лисянского (Курильская островная дуга)
Ю. И. Блох a, *, В. И. Бондаренко b, А. С. Долгаль c, П. Н. Новикова c, В. В. Петрова d, О. В. Пилипенко e, В. А. Рашидов a, **, А. А. Трусов f
a Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, Россия
b Костромской ГУ
156961 Кострома, ул. 1 Мая, 16, Россия
c Горный институт УрО РАН
614007 Пермь, ул. Сибирская, 78а, Россия
d Геологический институт РАН
119017 Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 1, Россия
e Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
123242 Москва, ул. Большая Грузинская, 10, стр. 1, Россия
f АО “ГНПП Аэрогеофизика”
125373 Москва, Походный проезд, 19, Россия
* E-mail: yuri_blokh@mail.ru
** E-mail: rashidva@kscnet.ru
Поступила в редакцию 25.05.2022
После доработки 10.06.2022
Принята к публикации 27.06.2022
- EDN: FQIVOX
- DOI: 10.31857/S0203030622050030
Аннотация
Выполненные комплексные геолого-геофизические исследования подводного вулкана Лисянского, расположенного в Симуширской вулканической зоне Курильской островной дуги, показали, что нижние горизонты вулканической постройки сложены пироксен-роговообманково-плагиоклазовыми порфировыми базальтами, а верхние горизонты – пироксен-плагиоклазовыми андезибазальтами и андезитами. Впервые для данного вулкана выявлены отчетливые минералогические признаки фумарольно-гидротермальной деятельности. Высокие значения намагниченности базальтов обусловлены значительной концентрацией зерен титаномагнетита, имеющих псевдооднодоменную структуру. Образование подводного вулкана Лисянского, как и других вулканов Курильской островной дуги, происходило в период геомагнитных инверсий. В вулканической постройке выделены подводящие каналы субвертикального, северо-восточного и северо-западного направлений и периферические магматические очаги на глубинах около 1 км и 2.5‒3 км. Максимальная эффективная намагниченность подводного вулкана Лисянского равна 3.8 А/м.
К северо-западу от пролива Дианы в центральной части Курильской островной дуги (КОД) расположена сложно построенная долгоживущая Симуширская вулканическая зона, входящая в состав Расшуа-Симуширского звена [Подводный …, 1992], протягивающаяся на 35–40 км в пределы Курильской глубоководной котловины (рис. 1).
Рис. 1.
Карта подводных вулканов Расшуа-Симуширского звена КОД. 1 – изобаты, м; 2 – подводные вулканы; 3 – наземные вулканы; 4 – предполагаемые небольшие побочные вулканические постройки; 5 – шельф и плоские вершины подводных вулканов на глубинах, соответствующих доголоценовому положению уровня моря (120–160 м); 6 – уплощенные участки рельефа дна на глубинах, превышающих величину голоценового повышения уровня моря; 7 – номера подводных вулканов, согласно [Подводный …, 1992]; 8 – отличительные отметки глубин. А–В – профиль непрерывного сейсмоакустического профилирования, представленный на рис. 3.
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F1.png)
Большая крутизна склонов и значительная высота подводных вулканов, развитых в этой зоне, а также высокая сейсмичность региона способствуют развитию здесь обвально-оползневых процессов. В районе Симуширской вулканической зоны обнаружено несколько крупных тел осадочных отложений, занимающих “висячее” положение на крутых склонах вулканических построек. Обрушение подобных тел может приводить к возникновению цунами.
В пределах Симуширской вулканической зоны находится подводный вулкан Лисянского (5.6, по [Подводный …, 1992]), комплексному исследованию которого с помощью современного оборудования и современных компьютерных технологий и программных продуктов посвящена настоящая статья.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Первые сведения о подводном вулкане Лисянского приведены в работе московских океанологов [Безруков и др., 1958], где вулкан получил свое название в честь известного российского мореплавателя Юрия Федоровича Лисянского (1773–1837). Вулкан был пересечен двумя галсами эхолотного промера, а на его вершине обнаружены пески, галька и валуны. Минимальная глубина, отмеченная на вершине, составляла 151 м.
Позднее в 1971 г. с борта научно-исследовательского судна (НИС) “Пегас” сахалинские ученые выполнили на вулкане Лисянского драгирование в интервале 500–200 м и подняли рогообманковые андезиты и двупироксеновые роговообманковые андезибазальты [Ерохов и др., 1975; Каталог …, 1992; Кичина и др., 1980; Остапенко, 1976, 1978; Остапенко, Кичина, 1982]. Опробованные андезибазальты имеют порфировую и серийно-порфировую структуры, а андезиты – порфировую и гломерпорфировую структуры.
Судя по всему, профиль непрерывного сейсмоакустического профилирования (НСП), отработанный в 1980 г. и проходящий через постройку подводного вулкана Лисянского, представлен в работах [Ломтев, Патрикеев, 2015а, 2015б].
Подводный вулкан Лисянского был исследован камчатскими учеными в 6 рейсах НИС “Вулканолог” в 1982–1991 гг.
В 15 рейсе НИС “Вулканолог” в 1982 г. на подводном вулкане Лисянского были выполнены три станции драгирования [Подводный …, 1992]. Одна станция отработана у подножия вулкана на западе в интервале 1650–1430 м, вторая – на северо-западном склоне в интервале глубин 450–250 м, а третья – на вершине в глубинном интервале 250–185 м (рис. 2а).
Рис. 2.
Подводный вулкан Лисянского. а – батиметрия; б – аномальное магнитное поле ΔTа; в – распределение эффективной намагниченности Jэф; г – распределение эффективной намагниченности Jэф, изображенное на поверхности вулкана. Цифрами обозначено местоположение профилей, приведенных на рис. 9. Ромбами обозначено местоположение драг.
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F2.png)
На вершине вулкана опробованы порфировые оливин-клинопироксен-плагиоклазовые андезибазальты и пироксен-плагиоклазовые андезиты, у подножия – оливин-клинопироксен-плагиоклазовые базальты (табл. 1). Состав всех пород относится к умеренно-калиевой серии нормального по щелочности ряда. Базальты и основные андезибазальты соответствуют толеитам, более кислые андезибазальты и андезиты – известково-щелочным породам [Подводный …, 1992, табл. 1]. Эти данные хорошо совпадают с результатами, полученными сахалинскими учеными [Ерохов и др., 1975].
Таблица 1.
Породообразующие (мас. %), редкие (ppm) и редкоземельные (ppm) элементы подводного вулкана Лисянского
№ п/п | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Обр. № | В15-28/1 | В15-28/5б | В15-28/4 | В15-28/5 | В25-28/6 | В15-28/2 | В15-28/3 | В15-27/3 | В15-27/4 | В15-27/1 | В15-27/1 | В15-27/1 | В15-27/8 | В15-27/2 |
Содержание в мас. % | ||||||||||||||
SiO2 | 50.21 | 51.24 | 51.53 | 51.64 | 52.55 | 53.07 | 53.40 | 53.60 | 54.73 | 55.90 | 56.00 | 56.7 | 56.7 | 59.21 |
TiO2 | 0.84 | 0.83 | 0.93 | 0.82 | 0.95 | 0.81 | 0.83 | 0.88 | 0.85 | 0.69 | 0.71 | 0.71 | 0.83 | 0.75 |
Al2O3 | 17.31 | 22.32 | 18.38 | 22.23 | 19.54 | 20.97 | 20.44 | 17.45 | 18.62 | 18.60 | 18.16 | 18.75 | 17.47 | 17.07 |
Fe2O3 | 2.88 | 2.75 | 4.70 | 2.99 | 4.75 | 2.64 | 2.29 | 5.31 | 3.25 | 2.53 | 2.58 | 2.88 | 4.97 | 2.93 |
FeO | 5.39 | 4.01 | 3.56 | 3.77 | 4.02 | 4.02 | 4.76 | 6.02 | 4.69 | 3.98 | 4.19 | 4.13 | 3.33 | 4.22 |
MnO | 0.19 | 0.13 | 0.12 | 0.13 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.23 | 0.16 | 0.15 | 0.17 | 0.18 | 0.16 | 0.17 |
MgO | 5.25 | 1.44 | 3.38 | 1.49 | 2.27 | 2.87 | 2.90 | 3.73 | 2.51 | 3.27 | 3.62 | 3.81 | 2.10 | 3.55 |
CaO | 11.49 | 11.07 | 10.31 | 10.78 | 9.80 | 9.71 | 9.32 | 9.31 | 9.18 | 8.54 | 8.39 | 8.06 | 7.40 | 7.03 |
Na2O | 2.66 | 3.23 | 3.13 | 3.24 | 3.12 | 2.89 | 3.60 | 2.62 | 3.38 | 3.44 | 3.19 | 3.07 | 3.55 | 3.19 |
K2O | 0.95 | 1.34 | 1.12 | 1.33 | 1.17 | 1.39 | 1.45 | 0.51 | 1.17 | 1.43 | 1.44 | 1.36 | 0.95 | 1.77 |
P2O5 | 0.19 | 0.21 | 0.19 | 0.20 | 0.15 | 0.24 | 0.21 | 0.11 | 0.12 | 0.20 | 0.25 | 0.27 | 0.17 | 0.19 |
п.п.п. | 2.53 | 0.85 | 2.08 | 0.84 | 0.93 | 1.03 | 0.60 | 0.04 | 0.68 | 0.87 | 0.79 | 0.66 | 0.80 | 0.13 |
Сумма | 99.88 | 99.41 | 99.44 | 99.45 | 99.41 | 99.31 | 99.95 | 99.76 | 99.34 | 99.60 | 99.93 | 100.58 | 99.81 | 100.15 |
Содержание в ppm | ||||||||||||||
S | – | 0.0021 | 0.0033 | 0.0023 | 0.0031 | – | – | – | 0.0025 | – | – | – | 0.0034 | – |
СО2 | – | <0.20 | <0.20 | <0.20 | <0.20 | – | – | – | 0.30 | – | – | – | 0.47 | – |
As | 270 | <5.0 | <5.0 | <5.0 | <5.0 | – | – | – | <5.0 | – | – | – | <5.0 | – |
Ba | 45 | 308 | 283 | 294 | 246 | 310 | 360 | н. обнар. | 266 | 315 | 320 | 320 | 225 | 370 |
Co | 81 | 13 | 22 | 15 | 21 | 17 | 21 | 28 | 18 | 18 | 32 | – | 17 | 20 |
Cr | 76 | 7.4 | 55 | 8.0 | 5.0 | 17 | 20 | 3 | 16 | 140 | 32 | – | 15 | 19 |
Cu | – | 60 | 117 | 49 | 84 | 70 | 75 | 63 | 41 | 57 | 55 | – | 67 | 17 |
Ga | – | 20 | 18 | 18 | 18 | – | – | – | 17 | – | – | – | 15 | – |
Mo | – | <2.0 | <2.0 | <2.0 | <2.0 | – | – | 1.0 | <2.0 | – | 1.0 | – | <2.0 | 1.0 |
Nb | 88 | <2.0 | <2.0 | <2.0 | <2.0 | – | – | – | <2.0 | – | 3.1 | – | <2.0 | 2.3 |
Ni | – | 8.9 | 23 | 11 | 8.7 | 12 | 21 | 16 | 10 | 10 | 24 | – | 10 | 18 |
Pb | 18 | 7.4 | 7.6 | 6.6 | 7.7 | – | – | 4.6 | 7.5 | 6.0 | – | 7.5 | 6.3 | |
Rb | – | 35 | 26 | 38 | 26 | 30 | 32 | 7 | 24 | 37 | 31.3 | 26 | 21 | 28 |
Sc | 500 | <100 | 107 | <100 | <100 | – | – | – | <100 | – | – | – | <100 | – |
Sr | – | 507 | 420 | 502 | 435 | 590 | 560 | 320 | 403 | 460 | 500 | 500 | 327 | 400 |
Th | – | 3.1 | 3.0 | 3.5 | <2.0 | – | – | – | 2.0 | – | 2.3 | – | <2.0 | 2.9 |
U | 395 | <2.0 | <2.0 | <2.0 | <2.0 | – | – | – | <2.0 | – | 0.95 | – | <2.0 | 1.5 |
V | – | 211 | 290 | 205 | 298 | 260 | 325 | 380 | 243 | 220 | 310 | – | 212 | 240 |
Y | 74 | 21 | 22 | 22 | 22 | – | – | – | 22 | – | 18 | 28 | – | |
Zn | – | 66 | 87 | 61 | 96 | 92 | 72 | 190 | 135 | 88 | 125 | – | 66 | 140 |
Zr | – | <5.0 | <5.0 | <5.0 | <5.0 | – | – | – | <5.0 | – | 185 | – | <5.0 | 180 |
Li | 5 | – | – | – | – | 7 | 7 | 6 | – | – | 7 | – | – | 10 |
Sn | – | – | – | – | – | – | – | 2/3 | – | – | 2.1 | – | – | 2.3 |
W | 0.66 | – | – | – | – | – | 0.33 | 0.24 | – | – | 0.33 | – | – | 0.39 |
Be | 0.60 | – | – | – | – | 0.75 | 0.60 | 0.65 | – | – | 0.50 | – | – | 1.00 |
B | 25 | – | – | – | – | 25 | 29 | 28 | – | – | 32 | – | – | 19 |
F | 250 | – | – | – | – | 290 | 370 | 330 | – | – | 700 | – | – | 250 |
Ta | – | – | – | – | – | – | – | 0.1 | – | – | н. обнар. | – | – | 0.1 |
Hf | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 1.5 | – | – | 4.0 |
La | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 12 | – | – |
Ce | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 27 | – | – |
Pr | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 3.4 | – | – |
Nd | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 13.0 | – | – |
Sm | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 4.5 | – | – |
Eu | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 0.72 | – | – |
Gd | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 3.5 | – | – |
Dy | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 3.2 | – | – |
Ho | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 0.66 | – | – |
Er | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 2.4 | – | – |
Yb | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 2.4 | – | – |
Примечание. Анализы 1, 6–8, 11, 14 – из работы [Подводный …, 1992]; анализ 10 – из работы [Zhuravlev et al., 1987], анализ 12 – из работы [Антонов и др., 1987]; анализы 2–5, 9, 13 выполнены в химической лаборатории Геологического института РАН методом рентгенофазового анализа (зав. лабораторией С.М. Ляпунов). н. обнар. – компонент не обнаружен; “–” – компонент не определялся.
Остаточная намагниченность горных пород изменяется в диапазоне 6.6–21.6 А/м [Подводный …, 1992, табл. 1].
В результате изучения драгированных в рейсах НИС “Вулканолог” образцов установлено, что для подводного вулкана Лисянского значение тяжелого изотопа кислорода δ18O в образце андезибазальта В15-27/1 равно 7.2 [Покровский, Волынец, 1999]. Соотношение изотопов стронция 87Sr/86Sr для этого образца равно 0.703306 ± 0.00003, а изотопов неодима 143Nd/144Nd – 0.513036 ± 0.000017 [Авдейко и др., 1986; Журавлев и др., 1985, 1986; Zhuravlev et al., 1987].
Концентрация радиоактивных элементов в лавах подводного вулкана Лисянского равна 1.0, 2.6 и 1.37 соответственно для урана, тория и калия, а соотношение Th/U = 2.6 [Пузанков и др., 1991]. Драгированные в 15 рейсе НИС “Вулканолог” породы содержат умеренное количество редкоземельных элементов, определенных только для одного образца [Антонов и др., 1987; Подводный …, 1992], которые приведены в табл. 1.
Чтобы в дальнейшем при изучении подводных вулканов КОД избежать путаницы, необходимо отметить, что в работах [Авдейко и др., 1986; Журавлев и др., 1985, 1986; Покровский Волынец, 1999; Zhuravlev et al., 1987] результаты изучения изотопов образцов, драгированных на подводном вулкане 5.5 (см. рис. 1), по непонятным причинам, отнесены к подводному вулкану Лисянского. В приложении к работе [Покровский, Волынец, 1999] перепутано название острова и ошибочно написано, что подводный вулкан Лисянского расположен в 10 км северо-западнее северного окончания о. Парамушир. В работе [Пузанков и др., 1991] подводному вулкану Лисянского вместо каталожного номера 5.6 [Подводный …, 1992] присвоен номер 5.5.
Подводный вулкан Лисянского был изучен авторским коллективом с помощью эффективной технологии количественной интерпретации материалов гидромагнитной съемки в комплексе с эхолотным промером, непрерывным сейсмоакустическим профилированием и анализом петромагнитных свойств и химического состава драгированных горных пород [Блох и др., 2018, 2019, 2020б].
От о. Симушир подводный вулкан Лисянского отделяется понижением в рельефе дна до 550 м, от вулкана 5.5 – седловиной с глубинами до 1400 м. Вулкан имеет плоскую вершину (см. рис. 2а).
Минимальная зарегистрированная глубина вершины в ее юго-восточной части достигает 160 м, что на 9 м меньше определенной московскими океанологами [Безруков и др., 1958]. Плоская вершина наклонена к северо-западу. Угол наклона ее – 3°–5°. Северо-западный край ее погружается до глубины 350–400 м. Далее к северо-западу эта поверхность небольшой ложбиной глубиной 100–150 м отделяется от еще одного участка плоской наклонной поверхности дна. Этот участок прослеживается на глубинах от 40–450 м до 600–700 м. Угол наклона дна здесь несколько больше – 5°–7°. На западном склоне уплощенная наклонная поверхность дна с углами наклона 7°–10° прослеживается от глубин 450–500 м до глубины 1000‒1050 м. Нижние части склонов очень крутые – до 15°–25°. На западе они погружаются до глубины около 2500 м, на севере – 1700–1800 м. У западного подножия вулкана по данным НСП выделяются два небольших холма, характеризующихся сильным рассеянием сейсмических сигналов, по-видимому, существенно лавовые побочные вулканические конусы или экструзии (рис. 3). Восточный склон обрезан сбросами, вследствие чего он имеет ступенчатый профиль, с углами наклона уступов до 25°‒30°.
Рис. 3.
Фрагмент профиля НСП через подводные вулканы Пегас (5.4), 5.5 и Лисянского (5.6) в 4.45–7.00 23.10.1978 г. Местоположение профиля представлено на рис. 1.
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F3.png)
Судя по характеру сейсмоакустического изображения на сейсмограммах НСП, вулкан Лисянского в основном сложен плотными эффузивными породами. Рыхлые осадочные или вулканогенно-осадочные отложения практически отсутствуют. Лишь плоская вершинная поверхность может быть перекрыта маломощным слоем осадочных отложений. Западное подножие вулкана перекрывается довольно мощной толщей осадочных отложений (до 0.6 с удвоенного времени распространения сигнала), что может указывать на его довольно древний возраст. Об этом же свидетельствуют положение и морфология вершинной части вулкана.
По-видимому, плоская вершинная поверхность сформировалась в результате абразии в приповерхностных условиях. В настоящее время эта поверхность наклонена к северо-западу и располагается на глубинах от 151 до 400 м. Еще один плоский участок дна, также с наклоном к северо-западу, располагается на глубинах от 450‒500 м до 1000 м. Вряд ли можно связывать формирование этих поверхностей с позднеплейстоценовым понижением уровня моря, т. к. в этом случае придется допустить очень значительное, не менее 300 м, погружение северо-западного края привершинной плоской поверхности в голоцене. Скорее всего, вулкан Лисянского имеет дочетвертичный возраст. Судя по всему, он образован двумя тесно слившимися вулканическими конусами, поднимавшимися до уровня моря. В результате абразии их вершины были срезаны и образовались плоские поверхности. Затем произошло значительное асимметричное погружение массива. Амплитуда погружения увеличивается в северо-западном направлении – от нескольких десятков метров на юго-восточном краю плоской вершинной поверхности юго-восточного вулкана до 1000 м или даже больше на северо-западной окраине вулкана.
Диаметр основания подводного вулкана Лисянского 10–12 км, а объем ~30 км3 [Блох и др., 2020а, 2020в; Подводный …, 1992].
В дополнение к имеющимся анализам горных пород [Подводный, 1992] нами выполнены химические анализы еще 6 драгированных образцов (см. табл. 1). Нужно отметить, что анализы, опубликованные ранее, по сравнению с нашими, охватывают более широкий диапазон химических составов драгированных лав. Тем не менее, химизм всех пород соответствует базальтам, андезибазальтам и андезитам (рис. 4). Из анализов, впервые публикуемых в настоящей статье, один состав (обр. В15-27/4) отвечает андезибазальту, другой (В15-27/6) относится к андезиту, а остальные четыре анализа попадают в пограничную зону базальт-трахибазальт-андезибазальт с некоторым тяготением к составу базальта.
Рис. 4.
Классические классификационные диаграммы вулканических пород ряда базальт–андезибазальт–андезит. 1 – данные из работ [Антонов и др., 1987; Подводный …, 1992; Zhuravlev et al., 1987]; 2 – данные из работы [Ерохов и др., 1975]; 3 – данные авторов настоящей статьи. I – низкокалиевые, II – умереннокалиевые, III – высококалиевые и IV – щелочные вулканиты, согласно [Pecerillo, Taylor, 1976].
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F4.png)
Петрографическая классификация пород может несколько отличаться от химической. В петрографической номенклатуре учитываются колебания в количестве вкрапленников и основной массы, их минеральный состав, в частности присутствие или отсутствие оливина, ромбического пироксена, роговой обманки, биотита, состав плагиоклаза, а также степень преобразования исходной породы. В связи с этим изученные вулканиты можно разделить на три типа: 1) базальты и андезибазальты пироксен-плагиоклазовые с рудным минералом и небольшим и переменным количеством оливина, средне-крупнопорфировый, отношение вкрапленники/основная масса от 1/1 до 1/5 (образцы В15-27/4, В15-27/8, В15-28/4). Образец В-15-28/4 отличается более высокой пористостью, присутствием единичных измененных кристаллов роговой обманки и гидротермально проработан (стекло основной массы полностью замещено хлоритом. Хлорит так же имеет место быть в свободных пространствах). Вероятно, это краевая часть потока. Образец В15-27/8, также значительно затронут поздними процессами, что хорошо видно по измененным кристаллам рудного минерала (рис. 5); 2) базальт пироксен плагиоклазовый с небольшим количеством рудного минерала, без оливина и без роговой обманки, порфировый. Отношение вкрапленники/основная масса изменяется от 1.1 до 1.5 (образцы В15-28/5а и В15-28/6); 3) базальт и андезибазальт пироксен-роговообманково-плагиоклазовый с рудным минералом и, возможно, единичными кристаллами оливина и биотита. Слабо порфировый. Отношение вкрапленники/основная масса составляет 3/1 (образцы В15-28/5б и В-15-27/6).
Представляется, что наиболее ранней и глубинной является порода первого типа. Более низкотемпературный и менее глубокого заложения – безоливиновый базальт второго типа. Роговообманковая порода, вероятно, самая поздняя, дайковая или субповерхностная. Хлоритизация пород и окисление рудных компонентов свидетельствуют о наличии поздних фумарольно-гидротермальных проявлений (рис. 6).
Рис. 6.
Позднее преобразование базальтов. а – оторочки гидроксидов железа вокруг вкрапленников оливина; б – развитие хлоритовых оторочек внутри свободных пространств в базальте. Ст – стекло, Ол – оливин, Пир – пироксен, Пл – плагиоклаз, Хл – хлорит.
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F6.png)
Выполненные петромагнитные исследования 6 образцов драгированных пород показали, что остаточная намагниченность изменяется в широком диапазоне от 1.66 до 18.93 А/м (табл. 2), что хорошо согласуется с данными предыдущих исследований [Подводный …, 1992]. Высокие значения намагниченности обусловлены содержанием высокой концентрации кристаллов титаномагнетита (объемная концентрация ферромагнетика достигает 1.78%, магнитная восприимчивость изменяется в диапазоне (8–44) × 10–3 СИ). Породы содержат низкокоэрцитивные магнитные зерна (Bcr = = 18.5–28.2 мТл) с невысокой степенью окисления (медианное магнитное поле изменяется от 5 до 22 мТл).
Таблица 2.
Петромагнитные характеристики драгированных образцов горных пород, слагающих подводный вулкан Лисянского
№ образца | Jn, А/м | æ, 10-3 СИ | Qn | P' | B0.5, мТл | Mrs, µА м2 | Ms, µА м2 | Mrs/Ms | Bcr, мТл | Bc, мТл | Bcr/Bc | Струк-тура | C, % |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
В15-27/4-1 | 10.30 | 28.87 | 8.96 | 1.034 | 6.16 | 33.93 | 280.30 | 0.1 | 22.3 | 7.9 | 2.8 | PSD | 0.46 |
В15-27/4-2 | 1.73 | 29.11 | 1.49 | 1.041 | 0.3 | ||||||||
В15-27/6-1 | 2.85 | 15.96 | 4.49 | 1.010 | 69.09 | 21.62 | 256.00 | 0.1 | 28.2 | 8.8 | 3.2 | PSD | 0.89 |
В15-27/6-2 | 2.328 | 28.5 | 2.05 | 1.006 | |||||||||
В15-27/8-1 | 1.927 | 30.64 | 1.58 | 1.021 | 7.43 | 52.33 | 681.90 | 0.1 | 18.5 | 5.7 | 3.2 | PSD | 1.78 |
В15-27/8-2 | 1.665 | 26.34 | 1.59 | 1.020 | |||||||||
В15-28/4-1 | 3.395 | 7.525 | 11.34 | 1.010 | 22.07 | 53.24 | 227.70 | 0.2 | 25.4 | 14.4 | 1.8 | PSD | 0.09 |
В15-28/4-2 | 1.657 | 7.114 | 5.85 | 1.003 | 0.18 | ||||||||
В15-28а/5-1 | 10.02 | 18.5 | 13.61 | 1.013 | 4.57 | 81.86 | 309.80 | 0.3 | 19.1 | 10.5 | 1.8 | PSD | 0.53 |
В15-28а/5-2 | 7.842 | 17.18 | 11.47 | 1.006 | 0.17 | ||||||||
В15-28/6-1 | 18.93 | 42.98 | 11.07 | 1.033 | 11.53 | 101.8 | 783.80 | 0.1 | 23.4 | 7.9 | 3.0 | PSD | 1.17 |
В15-28/6-2 | 13.04 | 43.6 | 7.51 | 1.020 |
Примечание. Jn – естественная остаточная намагниченность; æ – магнитная восприимчивость; Qn – фактор Кёнигсбергера, P' – степень анизотропии магнитной восприимчивости; Bсr – остаточная коэрцитивная сила; В0.5 – медианное поле; Bс – коэрцитивная сила; Mrs – остаточный магнитный момент насыщения; Ms – магнитный момент насыщения; PSD – псевдооднодоменные зерна; С – объемная концентрация ферромагнетика.
Зерна титаномагнетита в большинстве исследованных образцов имеют невысокую степень окисления (медианное магнитное поле изменяется от 5 до 22 мТл). Фактор Кёнигсбергера изменяется в диапазоне от 1.49 до 13.61, степень магнитной анизотропии образцов невысокая и не превышает 4%. Возможно, кристаллизация базальта имела место во внешних частях лавовых потоков.
Термомагнитный анализ (ТМА) по температурной зависимости магнитного момента насыщения Ms(T) шести образцов, драгированных с подводного вулкана Лисянского, показал, что образцы разбиваются на три группы (рис. 7).
В первой группе образцов (В15-27/4, В15-28/4, В15-28/5а) на кривой первого нагрева присутствует два перегиба, соответствующие двум диапазонам температур: 210–350°С и 350– 500°С. Эти два диапазона отвечают содержанию титана X в титаномагнетите Fe(3 – X)TiXO4 соответственно: 0.3–0.5 и 0.09–0.3 (см. рис. 7, жирная кривая). После нагрева до 700°С на кривой второго нагрева имеет место единственный перегиб, температура которого лежит в диапазоне 500–550°С, приближаясь к температуре Кюри магнетита (тонкая кривая). Кривая второго нагрева проходит выше кривой первого нагрева. В этих образцах имеют место две генерации титаномагнетита с высоким и низким содержанием титана. В ходе нагрева происходит гетерофазное разложение титаномагнетита до титаномагнетита с меньшим содержанием титана и ильменита.
Во второй группе образцов (В15-27/6, В15-27/8) на кривой первого нагрева имеет место единственная тока Кюри, лежащая в диапазоне 500–550°С, приближающаяся к точке Кюри магнетита и отвечающая титаномагнетиту с низким содержанием титана X: 0.02–0.09 формульных единиц (ф. е.). Кривая второго нагрева проходит ниже кривой первого нагрева, необратима и имеет перегиб в районе 550–580°С. В ходе нагрева в этом образце произошло однофазное окисление титаномагнетита до маггемита.
В третью группу попал образец В15-28/6. На кривой нагрева имеет место единственная точка Кюри 400°С, отвечающая содержанию титана X = = 0.23 ф. е. в титаномагнетите Fe(3 – X)TiXO4. Кривая второго нагрева проходит выше кривой первого нагрева, необратима и имеет единственную точку Кюри в районе 500°С, соответствующую низкому содержанию титана X = 0.09 ф. е. В этом образце в ходе нагрева произошло гетерофазное разложение титаномагнетита с относительно высоким содержанием титана на титаномагнетит, по своему составу приближающийся к магнетиту, и ильменит.
Петромагнитные исследования хорошо согласуются с петрографическими. Как показано выше образцы В-15-27/4 и В-15-28/4 (первый петромагнитный тип) предположительно относятся к оливинсодержащим породам наиболее глубинного генезиса, образец В15-18/6 (третий петромагнитный тип) характеризует породы менее глубинного генезиса. В их составе отсутствуют как оливин, так роговая обманка. Образцы В15-27/8 и В15-27/6 (второй петромагнитный тип) сильно гидротермально изменены, что хорошо видно на фото (см. рис. 6).
К подводному вулкану Лисянского приурочена положительная магнитная аномалия ΔТа, осложненная несколькими локальными экстремумами с размахом ~1300 нТл (см. рис. 2б).
С помощью программы ИГЛА [Блох, Трусов, 2007] установлено, что вектор эффективной намагниченности горных пород Jэф имеет склонение 72.2°, наклонение 43.1° и развернут относительно нормального магнитного Земли на 49° (рис. 8), что свидетельствуют о приуроченности времени образования подводного вулкана Лисянского, как и других вулканов КОД [Блох и др., 2015, 2018, 2019, 2020б, 2021а, 2021б], к периоду геомагнитных инверсий.
Рис. 8.
Уточнение направления вектора эффективной намагниченности Jэф подводного вулкана Лисянского с помощью программы ИГЛА.
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F8.png)
Анализ особых точек функций с помощью интегрированной системы СИНГУЛЯР [Блох и др., 1993, 2021а] показал приуроченность основных особенностей функций, описывающих аномальные поля, к верхней кромке вулканических пород, а также позволил предположить наличие подводящих каналов субвертикального, северо-восточного и северо-западного направлений, и периферических магматических очагов на глубинах около 1 км и 2.5–3 км (рис. 9).
Рис. 9.
Изображение, синтезированное системой СИНГУЛЯР для локализации особых точек функции, описывающее аномальное магнитное поле ΔTа подводного вулкана Лисянского, наложенное на рельеф дна. Местоположение профилей представлено на рис. 2а.
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F9.png)
Трехмерное моделирование вулканической постройки с помощью пакета структурной интерпретации гравитационных и магнитных аномалий СИГМА-3D [Бабаянц и др., 2004] показало, что максимальная эффективная намагниченность подводного вулкана Лисянского составляет 3.8 А/м (см. рис. 2в, г), что хорошо согласуется с данными петромагнитных исследований. При этом среднеквадратическая погрешность подбора аномального магнитного поля после 93 итераций оказалась равной 29 нТл. Участки максимальной намагниченности вулканической постройки приурочены к ее вершине, а также к северному и северо-западным участкам привершинной части склонов.
Томографическая интерпретация, направленная на изучение глубинного строения подводного вулкана Лисянского, была осуществлена с использованием первой вертикальной производной магнитного поля. На 3D-диаграмме выделена линейная область с четырьмя локальными субвертикальными положительными зонами, прослеживающимися до эффективной глубины 1 км (рис. 10). На юго-востоке можно выделить еще одну обособленную интенсивную субвертикальную положительную зону с эффективной глубиной залегания нижней кромки порядка 2 км. На одном из вертикальных срезов возможно проследить взаимный наклон зон линейной области и обособленной зоны и предположить, что все выделенные объекты могут иметь один генезис.
Рис. 10.
Томографическая интерпретация аномального магнитного поля подводного вулкана Лисянского. Изолинии аномального магнитного поля ΔTа (а), 3D-диаграмма, отражающая пространственное распределение квазинамагниченности горных пород, слагающих постройку подводного вулкана Лисянского (б), и ее вертикальные срезы (в).
![](/issues/vulkan/2022/vol_2022/iss_6/Vulkan2205003Blokh/Vulkan2205003Blokh-F10.png)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных комплексных геолого-геофизических исследований получены новые сведения о строении подводного вулкана Лисянского, петромагнитных свойствах горных пород, слагающих вулканическую постройку, их химическом и минеральном составах.
На вершине вулкана опробованы порфировые оливин-клинопироксен-плагиоклазовые андезибазальты и пироксен-плагиоклазовые андезиты, у подножия – оливин-клинопироксен-плагиоклазовые базальты.
Впервые для данного вулкана выявлены отчетливые минералогические признаки фумарольно-гидротермальной деятельности.
Высокие значения намагниченности базальтов обусловлены значительным содержанием зерен титаномагнетита, имеющих псевдооднодоменную структуру.
В пределах вулканической постройки выделены периферические магматические очаги и установлено направление подводящих каналов.
Установлено, что подводный вулкан Лисянского, как и другие изученные нами вулканы КОД, образовался во время геомагнитных инверсий.
Список литературы
Авдейко Г.П., Антонов А.Ю., Волынец О.Н. и др. Вариации вещественного состава и изотопных отношений стронция и неодима в четвертичных лавах Курильской островной дуги и их петрогенетическое значение // Океанический магматизм: эволюция, геологическая корреляция. М.: Наука, 1986. С. 153–169.
Антонов А.Ю., Волынец, О.Н., Авдейко Г.П. и др. Редкоземельные элементы в четвертичных вулканических образованиях Курильской островной дуги в связи с проблемой генезиса островодужных магм // Геохимия магматических пород современных и древних активных зон. Новосибирск: Наука, 1987. С. 36–55.
Бабаянц П.С., Блох Ю.И., Трусов А.А. Возможности структурно-вещественного картирования по данным магниторазведки и гравиразведки в пакете программ СИГМА-3D // Геофизический вестник. 2004. № 3. С. 11–15.
Безруков П.Л., Зенкевич Н.Л., Канаев В.Ф., Удинцев Г.Б. Подводные горы и вулканы Курильской островной гряды // Тр. Лаборатории вулканологии. 1958. Вып. 13. С. 71–88.
Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. Подводный вулканический массив Рикорда (Курильская островная дуга) // Вулканология и сейсмология. 2018. № 4. С. 26–42. https://doi.org/10.1134/S0203030618040028
Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. Комплексные геолого-геофизические исследования подводного вулканического массива Архангельского (Курильская островная дуга) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2019. № 4. Вып. № 44. С. 35–50. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2019-4-44-35-50
Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. Комплексные исследования подводного вулкана Лисянского (Курильская островная дуга) // Материалы XXIII Региональной научной конференции “Вулканизм и связанные с ним процессы”, посвященной Дню вулканолога, 2020 г. / Главный редактор д. г.-м. н. А.Ю. Озеров. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2020а. С. 91–94.
Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. Комплексные геолого-геофизические исследования подводного вулканического массива Ратманова (Курильская островная дуга) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020б. № 2. Вып. № 46. С. 55–71. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2020-2-46-55-71
Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. Новые данные о строении подводных вулканов Центральных и Южных Курил // Труды IX Международной научно-практической конференции “Морские исследования и образование (MARESEDU-2020)”. Тверь: ООО “ПолиПРЕСС”, 2020в. Т. III(III). С. 482–485.
Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. Вулканический массив Райкоке (Курильская островная дуга) // Вулканология и сейсмология. 2021а. № 4. С. 61–80. https://doi.org/10.31857/S0203030621030020
Блох Ю.И., Бондаренко В.И., Долгаль А.С. и др. Комплексные геолого-геофизические исследования подводного вулканического 7.10 (Курильская островная дуга) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2021б. № 3. Вып. № 51. С. 23–40. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2022-3-51-23-40
Блох Ю.И., Каплун Д.В., Коняев О.Н. Возможности интерпретации потенциальных полей методами особых точек в интегрированной системе “СИНГУЛЯР” // Известия вузов. Геология и разведка. 1993. № 6. С. 123–127.
Блох Ю.И., Рашидов В.А., Трусов А.А. Оценка остаточной намагниченности подводных вулканов Курильской островной дуги с применением программы ИГЛА // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2015. № 2. Вып. № 26. С. 5–10.
Блох Ю.И., Трусов А.А. Программа “IGLA” для интерактивной экспресс-интерпретации локальных гравитационных и магнитных аномалий // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей // Материалы 34-й сессии международного семинара им. Д.Г. Успенского. М: ИФЗ РАН, 2007. С. 36–38.
Ерохов В.Ф., Кичина Е.Н., Остапенко В.Ф. Петрохимические особенности лав подводных вулканов Курильских островов // Труды СахКНИИ ДВНЦ АН СССР. 1975. Вып. 35. С. 21–26.
Журавлев Д.З., Журавлев А.З., Чернышев И.В. Изотопная зональность Курильской островной дуги по данным 143Nd/144Nd и 87Sr/86Sr // Докл. АН СССР.1985. Т. 280. № 2. С. 486–491.
Журавлев Д.З., Цветков А.А., Журавлев А.З. и др. Изотопный состав ниодима и стронция в четвертичных вулканитах Курильской островной дуги в связи с проблемой генезиса островодужных магм // Эволюция системы кора‒мантия. М.: Наука, 1986. С. 62–78.
Каталог станций драгирования в Охотском море. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1992. 54 с.
Кичина Е.Н., Неверов Ю.Л., Остапенко В.Ф. Новые данные о подводных вулканах акватории острова Симушир (Курильские острова) // Геология дна северо-запада Тихого океана. Владивосток: САХКНИИ ДВО АН СССР, 1980. С. 61–66.
Ломтев В.Л., Патрикеев В.Н. Новые черты строения подводных конических гор и холмов у подножия Охотской окраины Курильской дуги (по данным НСП) // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2015а. № 1. С. 32–45.
Ломтев В.Л., Патрикеев В.Н. Новое в строении подводных конических гор и холмов у подножия Охотской окраины Курильской дуги (по данным НСП) // Вулканология и сейсмология. 2015б. № 2. С. 44–45.
Остапенко В.Ф. Некоторые аспекты новейшей истории прикурильской части Охотского моря в свете изучения подводных вулканов этого региона // Вулканизм Курило-Камчатского региона и о. Сахалин. Южно-Сахалинск: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 34–42.
Остапенко В.Ф. Подводные вулканы прикурильской части Охотского моря, и их значение для понимания новейшей истории этого региона // Докл. АН СССР. 1978. Т. 242. № 1. С. 168–171.
Остапенко В.Ф., Кичина Е.Н. Латеральные вариации петрографического состава лав наземных и подводных вулканов Большой Курильской дуги // Рельеф и вулканизм Курильской островодужной системы. Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1982. С. 74–90.
Покровский Б.Г., Волынец О.Н. Геохимия изотопов кислорода в эффузивах Курило-Камчатской дуги // Петрология. 1999. Т. 7. № 3. С. 227–251.
Подводный вулканизм и зональность Курильской островной дуги / Отв. ред. академик Ю.М. Пущаровский. М.: Наука, 1992. 528 с.
Пузанков Ю.М., Волынец О.Н., Авдейко Г.П. и др. Геохимия микроэлементов в четвертичных вулканитах Курильской гряды. Радиоактивные элементы // Геохимические ассоциации редких и радиоактивных элементов в рудных и магматических комплексах. Новосибирск: Наука, 1991. С. 81–97.
Pecerillo A., Taylor S.R. Geochemistry of Eocene calc-alkaline volcanic rocks from the Kastamuonu area, northern Turkey // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1976. V. 58. P. 63–81.
Zhuravlev D.Z., Tsvetkov A.A., Zhuravlev A.Z. et al. 143Nd/144Nd and 87Sr/86Sr Ratios in recent magmatic rocks of the Kurile Island Arc // Chemical Geology (Isotope Geoscience Section). 1987. V. 66. P. 227–243.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Вулканология и сейсмология