Геоморфология и палеогеография, 2021, T. 52, № 1, стр. 75-85

ВВЕДЕНИЕ

На Дальнем Востоке России о-в Сахалин является единственным регионом, где известны наземные грязевые вулканы, хотя в принципе грязевой вулканизм достаточно широко распространен в пределах Тихоокеанского орогенического пояса. Районы грязевого вулканизма характеризуются большой мощностью осадочного чехла и обычно совмещаются с крупными нефтегазоносными бассейнами.

Сахалин представляет собой часть Хоккайдо-Сахалинского поднятия, которое соответствует одноименной позднемезозойско-кайнозойской складчатой системе. В строении острова принимают участие палеозойские, мезозойские и кайнозойские образования осадочного, эффузивного и интрузивного генезиса [1]. Основные орографические элементы острова протягиваются в направлении, близком меридиональному, и являются прямым выражением его тектонических структур. С востока остров окаймляют Восточно-Сахалинские горы, с запада – Западно-Сахалинские. Хребты разделены системой межгорных впадин Центрально-Сахалинской депрессии, приуроченной к одноименному разлому, также протягивающемуся с севера на юг. Амплитуда этого взбросо-надвига достигает многих сотен метров, его плоскость падает на запад под углом от 20 до 80° [2].

Грязевой (осадочный) вулканизм обусловлен фокусированными потоками подземных флюидов, находящимися под действием аномально высоких пластовых давлений. В результате на земную поверхность извергаются переработанные осадочные породы – сопочная брекчия, вода и газ. Часто это явление свойственно разломным зонам земной коры. Так, из четырех участков проявления грязевого вулканизма, выделяемого на Сахалине [3], три наиболее мощных – группа Пугачевских вулканов, Восточный и Южно-Сахалинский грязевые вулканы – приурочены к Центрально-Сахалинскому разлому – одной из самых крупных дизъюнктивных дислокаций острова.

Деятельность грязевых вулканов имеет цикличный характер: этапы кратковременного бурного извержения чередуются с длительными (годы и десятки лет) периодами грифонной активности, когда происходит медленное истечение флюидов на земную поверхность через систему грифонов и сальз.

Грязевой вулканизм Сахалина в целом изучен еще недостаточно полно, хотя первые работы, посвященные самому доступному Южно-Сахалинскому грязевому вулкану (ЮСГВ), появились почти сто лет назад. Ежегодно сотрудниками ИМГиГ ДВО РАН и другими специалистами проводится геолого-геофизический и геохимический мониторинг деятельности этого грязевого вулкана, изучение динамики растительности грязевых полей [4–9].

Цель данной работы – геоморфологический анализ грязевулканического рельефа ЮСГВ, а также определение особенностей и масштабов влияния его деятельности на рельеф прилегающей территории. Для этого нами было проведено геоморфологическое дешифрирование разновременных космических и аэрофотоснимков; в 2015, 2018–2019 гг. совместно с сотрудниками ИМГиГ в процессе маршрутных геоморфологических исследований изучены морфологические особенности строения современного грязевулканического поля ЮСГВ, проведено опробование отложений сопочной брекчии и аллювия прилегающих рек, впервые составлена геоморфологическая карта территории вулкана.

РЕЛЬЕФ И СТРОЕНИЕ ЮЖНО-САХАЛИНСКОГО ГРЯЗЕВОГО ВУЛКАНА

Южно-Сахалинский грязевой вулкан расположен в южной части Западно-Сахалинского хребта в поле распространения мощной (до 3000 м) высокопластичной алевролито-аргиллитовой верхнемеловой толщи – быковской свиты [2, 10]. Он представляет собой сдвоенный субмеридионально ориентированный плосковершинный холм размером примерно 1–1.2 на 2–2.5 км с радиально расходящимися промоинами от каждой из его вершин (рис. 1). На северной вершине холма расположено вытянутое с ЮЮЗ на ССВ действующее грязевое поле размером примерно 50 на 150 м, от которого отходят радиально ориентированные разновозрастные потоки грязевой брекчии, покрытые преимущественно травянистой растительностью. Остальная часть холма заросла густым лиственным лесом с участием хвойных пород, что маскирует основные морфологические черты вулкана и затрудняет дешифрирование его границ.

Рис. 1.

Гипсометрическая карта и положение линии профиля через ЮСГВ. Тон заливки соответствует различным высотным уровням рельефа.

1 – современный эруптивный центр; 2 – линия профиля; 3 – горизонтали (проведены через 20 м); 4 – грунтовые дороги; 5 – железная дорога; 6 – временные водотоки; 7 – реки.

Высота холма немногим более 300 м над уровнем моря и 80–100 м над урезом р. Алат, долина которой обрамляет холм с СЗ (рис. 2). С СВ находится долина ее притока – ручья 1-го Вулканного; южные склоны грязевого вулкана дренируют притоки р. Путы (ручьи Придорожный, Западный и др.). Все водотоки относятся к бассейну р. Сусуи.

Рис. 2.

Схематический геолого-геоморфологический профиль через вулкан (с использованием данных [10]).

1 – Центрально-Сахалинский разлом; 2 – современный эруптивный центр; 3 – аллювиальные отложения; 4 – сопочная брекчия; 5 – слабосцементированные песчаники, алевролиты и аргиллиты эоцен-олигоценового возраста; 6 – тонкослоистая алевролито-аргиллитовая верхнемеловая толща (быковская свита). Положение профиля – см. рис. 1.

Современное активное грязевое поле имеет овальную форму, оно покрыто разреженной травянистой растительностью (рис. 3). На нем расположены несколько вовсе лишенных растительности пятен – зон скоплений грифонов – размерами 5–7 на 12–15 м, которые в плане образуют полосу ССВ простирания. В центре поля в настоящее время наблюдается округлое возвышение высотой до 1–2 м – частично уже разрушенный диапир диаметром до 20–30 м – следы выдавливания сопочной брекчии во время извержения 2017 г. Размер действующих грифонов составляет от 10 до 70 см в высоту и до 30–40 см в диаметре (рис. 4), а их общее количество достигает нескольких десятков. Рядом с грифонами располагаются единичные грязевые лужи-сальзы. Изливаемая из них сопочная брекчия серовато-сизого цвета имеет преимущественно алеврито-пелитовый состав с включением обломков песчаника размером до 0.3 м, как неокатанных, так и хорошей окатанности.

Рис. 3.

Общий вид (с севера) современного эруптивного центра Южно-Сахалинского грязевого вулкана с квадрокоптера (фото Р.В. Жаркова, 2018 г.).

1 – зоны скоплений грифонов; 2 – диапир, сформированный во время извержения 2017 г.

Рис. 4.

Действующие грифоны ЮСГВ (фото Е.В. Лебедевой, 2015 г.).

К востоку от современного вулканического поля в приконтактовой зоне с обрамляющими его с юга сопками находится плоское заболоченное понижение, в котором берут начало притоки Путы и Алата – ручьи Придорожный и 1-й Вулканный. Понижение заполнено сопочной брекчией вскрытой мощностью не менее 2.5 м; крутые (до 20°) склоны обрамляющей его с юга сопки сложены уже песчаниками и алевролитами (рис. 5). При извержениях ЮСГВ сопочная брекчия спускается в понижение, упираясь в сопку, и далее направляется по долине одного или же обоих водотоков. В зависимости от этого водораздел между бассейнами Путы и Алата смещается в ту или иную сторону на десятки метров.

Рис. 5.

Геоморфологическая карта ЮСГВ.

Грязевулканический рельеф: 1 – современный эруптивный центр, 2 – поля современных грифонов, 3 – отмершие и слабоактивные грифоны и сальзы, 4 – поток сопочной брекчии 2001 г., 5 – граница размытого потока сопочной брекчии 2001 г., 6 – положение грязевулканической плотины, 7 – поля аккумуляции разновозрастной сопочной брекчии, 8 – направление движения потоков сопочной брекчии и смещения долин, 9 – зона миграции межбассейнового водораздела Путы и Алата. Эрозионный рельеф. Склоны крутизной: 10 – <8°, 11 – >8°; 12 – нерасчлененный комплекс террас; 13 – днища долин; 14 – эрозионные уступы. Денудационный рельеф: 15 – плосковершинные поверхности; склоны крутизной: 16 – <8°, 17 – >8°. Прочие обозначения: 18 – реки, 19 – временные водотоки, 20 – железная дорога.

По периферии свежего грязевого поля травянистая растительность становится более плотной, но на пологих привершинных склонах холма фиксируются радиально расходящиеся эрозионные борозды и промоины глубиной 0.5–1.0 м. С увеличением крутизны склонов они углубляются и расширяются, сохраняясь даже под пологом леса. Обилие выпадающих осадков способствует их постепенному росту и формированию оврагов как на свежих грязевых потоках, так и на более древних (уже залесенных) полях сопочной брекчии. Следов суффозии, которая по свидетельству Ю.Р. Беляева, типична для многих грязевых вулканов Азербайджана (устное сообщение), в пределах полей развития вулканической брекчии ЮСГВ не наблюдается.

На СЗ склоне холма располагается протяженный (длиной более 550 м) прочес – “язык” сопочной брекчии, образовавшийся при извержении вулкана 2001 г. Двигаясь вниз по склону, мощный поток глинистых отложений с включением обломочного материала заполнил долину небольшого притока р. Алата – ручья Язык, уничтожил древесную растительность по ее бортам и, спустившись в долину р. Алат, временно перегородил ее плотиной высотой до 5 м [10]. В настоящее время на границе грязевого потока сохранились сломанные деревья, а его поверхность расчленена эрозионными промоинами на глубину до 2 м (рис. 6). В нижней части языка сопочной брекчии эрозия уже частично вскрыла погребенную долинку водотока и сформировала в глинистых отложениях новый V-образный врез глубиной до 4–5 м с порожисто-водопадным руслом. В месте впадения водотока в р. Алат сохранились следы бывшей плотины из грязевулканических отложений: на правом борту это террасовидная поверхность в приустьевой части ручья Язык, на левом – прислоненные отложения сопочной брекчии на отметках около 5 м над современным урезом.

Рис. 6.

Промоины на поверхности грязевого потока 2001 г. (фото Е.В. Лебедевой, 2015 г.).

Как показали материалы предыдущих исследований [2, 10], сильные извержения Южно-Сахалинского грязевого вулкана (с объемом выброшенной брекчии порядка 100 тыс. м³), подобные извержению 2001 г., происходят достаточно редко – примерно один раз в 20–30 лет. При этом потоки сопочной брекчии стекают то по одному, то по другим склонам холма в зависимости от конкретного места излияния и от существующего в тот момент рельефа вершинной поверхности. При прекращении вулканической деятельности отложения брекчии быстро расчленяются свежей эрозионной сетью – бороздами, промоинами и небольшими овражками.

На ЮЗ от современного эруптивного центра располагается вторая вершина этого пологосклонного холма, превышающая по высоте действующее грязевое поле на 5–10 м и отделенная от него небольшой седловиной. Пологие склоны ее залесены, но при этом расчленены промоинами глубиной до 1–1.5 м, в которых с поверхности и на всю глубину вскрывается сизовато-серая сопочная брекчия. На вершинной поверхности холма располагается несколько луж-сальз диаметром до 1.0–1.5 м со слабыми выходами газа; по данным [10], они активно действовали в 1960–1970-е годы. Сейсмические исследования [11], проводившиеся для изучения внутреннего строения Южно-Сахалинского грязевого вулкана, показали, что под современным эруптивным центром с действующими грифонами и сальзами в интервале глубин от 5 до 40 м находится приповерхностный грязевулканический резервуар, а под холмом со слабоактивными сальзами – древний эруптивный центр. Таким образом, грязевым вулканом действительно является весь сдвоенный холм. При этом поле развития сопочной брекчии от железной дороги Южно-Сахалинск – Холмск вплоть до р. Алат и ручья 1-го Вулканного в длину достигает 2200 м при ширине около 1000–1200 м. Однако небольшие участки грязевулканической активности – слабоактивные сальзы, обрамленные зонами чахлой травянистой растительности диаметром 8–10 м, прослеживаются и южнее железной дороги – на низких террасовых уровнях левого притока р. Путы – ручья Западного (рис. 5).

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЮСГВ И ФЛЮВИАЛЬНОЕ РЕЛЬЕФООБРАЗОВАНИЕ

Грязевые вулканы – достаточно редкие формы рельефа, тем не менее, есть интересный опыт изучения их морфологии в различных регионах мира. Так, некоторые крупные вулканы Азербайджана имеют высоты 400–450 м, а общий объем твердых выбросов в момент извержения у них превышает 2400 млн м³. При этом площадь покровов их сопочной брекчии может достигать 10–40 км² (например, Бол. Кянизадаг, Ахтарма-Пашалы и др.) при длине ее потоков до трех км, ширине до 200 м и толщине покрова в 5 м [12, 13]. На этом фоне ЮСГВ выглядит относительно небольшим образованием.

Согласно классификации В.Н. Холодова [14, 15], грязевые вулканы подразделяются на 4 морфогенетических типа (или стадии единого процесса): это вулканы с диапировым ядром (1), с конусовидной постройкой (2), с покровами полужидкой грязи (3) и вулканы-озера (4). Для всех них характерны различные соотношения твердой и жидкой составляющих в выбросах. ЮСГВ скорее всего можно отнести к вулканам, образующим полужидкий покров (3-й тип), но на действующем грязевом поле в настоящее время наблюдается и полуразрушенный грязевой диапир (1-й тип), а склоны холма хранят следы достаточно мощных и протяженных потоков густой сопочной брекчии (2-й тип). Возможно, ЮСГВ следует отнести к вулканам сложного (комплексного) типа.

Рассматривая кайнозойский грязевой вулканизм в Израиле, И.С. Новиков [16] установил, что сопочная брекчия крупных грязевых вулканов может выполнять и перекрывать речные долины, вызывая тем самым трансформацию окружающей речной сети. И Сахалин в этом плане не является исключением. Так, группа Пугачевских грязевых вулканов окружена дуговыми участками речной сети, что явно обусловлено воздействием на них грязевулканической деятельности [1, 17].

Как же обстоит дело с Южно-Сахалинским вулканом? Очевидно, что для рассматриваемой территории развития грязевых отложений в целом характерен более сглаженный пологосклонный слаборасчлененный рельеф (см. рис. 1). В то же время проведенные в 1999 г. малоглубинные сейсмические исследования в районе поля современной грязевулканической активности [18] позволили составить карту рельефа фундамента грязевого вулкана – кровли быковской свиты – и, соответственно, мощности чехла суммарных выбросов сопочной брекчии, которая в привершинной части холма колеблется в пределах от 12 до 24 м (рис. 7). На карте фундамента (погребенного рельефа) хорошо видны многочисленные эрозионные врезы, радиально расходящиеся от современного эруптивного центра, что позволяет предполагать существование на месте нынешнего плосковершинного холма достаточно интенсивно расчлененного “догрязевого” рельефа. Однако, в принципе, подобное расчленение могло не только предшествовать первичной активизации грязевулканической деятельности на данном участке, но также формироваться периодически – в эпохи затухания активности вулкана и доминирования эрозионно-денудационных процессов.

Рис. 7.

Карта мощности чехла суммарных выбросов вулкана в районе современного грязевого поля (по [18]) с дополнениями).

Изопахиты (проведены через 2 м): 1 – установленные по сейсмоданным, 2 – предполагаемые (экстрополированные); 3 – современный эруптивный центр; 4 – горизонтали современного рельефа (проведены через 20 м); 5 – реки; 6 – временные водотоки; 7 – направление течения.

О слабой устойчивости отложений сопочной брекчии к эрозии свидетельствует обилие современных эрозионных борозд и промоин как на молодом грязевулканическом поле (рис. 3, 6), так и на залесенных склонах холма вокруг эруптивных центров. Полевые наблюдения показали, что заложение первичной эрозионной сети на склонах вулкана происходит по трещинам, возникающим при высыхании брекчии, которые концентрируют сток и постепенно формируют систему ложбин временных водотоков.

Конфигурации и размеры полей сопочной брекчии, формировавшихся при разновозрастных извержениях, сильно варьировали по своим размерам и локализации. Так, в 1959 г. [19] сформировалось 4 потока, 2 из которых двигались по северо-западному склону, достигнув длины в 100 и 50 м, а 2 – по восточному. Один из последних заполнил присопочное понижение и направился вниз по долине ручья 1-го Вулканного на север, его длина составила около 100 м. Второй почти достиг железной дороги, двигаясь вдоль русла ручья Придорожного на юг, его протяженность была не менее 500 м. Общий объем извергнутой массы превысил 150 тыс. м³. Извержение 1996 г. было незначительным по объему (около 1 тыс. м³) и отложения сопочной брекчии покрыли лишь привершинную часть холма [10]. Однако в 2001 г. сформировался описанный выше протяженный грязевой язык на ССЗ склоне, спустившийся в долину Алата (объем излившейся брекчии около 100 тыс. м³); он до сих пор прекрасно выражен в рельефе. Второй поток тогда направился на восток – в присопочное понижение и к верховьям ручья 1-го Вулканного, его длина достигла 200 м от центра извержения [10].

Детальной информации о более древних извержениях у нас нет, но и эти примеры позволяют нам заключить, что в результате грязевулканической активности межбассейновый водораздел между Алатом и Путой периодически смещался в присопочном понижении то в одну, то в другую сторону. Очевидно также, что потоки сопочной брекчии периодически заполняют и долины водотоков, дренирующих склоны вулкана: в них сохранились следы грязевулканических отложений как в днище, так и на склонах; иногда они перекрывают аллювиальные отложения [20].

Террасы в долинах левых притоков Путы близ грязевого поля также перекрыты чехлом вулканической брекчии мощностью до 1.5 м и более, причем, судя по всему, это были потоки как из современного, так и из древнего вулканических центров. В ручье Придорожном грязевой поток 1959 г. из современного эруптивного центра оставил на крутом левом борту долины следы в виде небольших фрагментов прислоненных террас. Пластичность сопочной брекчии в условиях высокой влажности климата территории способствует развитию здесь процессов оползания и оплывания грязевулканических отложений, о чем свидетельствуют наклоненные вниз по склону стволы деревьев. Высоты оползневых террас составляют 4–7 м при ширине до 2–3 м. На правом борту долины ручья сопочная брекчия 1959 г. слилась с отложениями потоков брекчии из старого эруптивного центра, и они сформировали единую наклонную поверхность, прорезанную небольшими ручьями и V-образными промоинами – правыми притоками ручья Придорожного. Мощность сопочной брекчии, вскрывающейся в обрывах правого борта, не менее 5–6 м.

В обрамляющих ЮСГВ долинах картина несколько иная, так как здесь воздействие вулкана направлено преимущественно вкрест простирания эрозионных форм. Например, в среднем течении ручья 1-го Вулканного под воздействием грязевулканических потоков, которые спускались в него с запада и отжимали русло к противоположному борту, его долина приобрела асимметричное строение: на левом, прилегающем к вулкану склоне, сформировались локальные грязевулканические террасы, а крутизна подмываемого правого борта местами превышает 30°. Эрозия привела к постепенному смещению водотока к востоку с формированием дугового в плане участка долины. В результате этого водораздел между ручьями 1-м и 2-м Вулканным из плосковершинного (участки которого сохранились выше и ниже по течению) здесь превратился в островершинный гребень, который постепенно снижается, разрушаясь в результате склоновых процессов.

Долины, опоясывающие подножие вулкана, периодически перегораживаются. Мы уже упоминали выше, что в рельефе еще хорошо видны следы грязевулканической плотины в долине р. Алат близ устья ручья Язык, приведшей зимой-весной 2001 г. к формированию временного подпрудного озера. Озеро просуществовало лишь первые месяцы, в период снеготаяния плотина была прорвана и по долине сошел сель.

В среднем течении р. Алат ее долина имеет асимметричное строение: левый борт крутой (до 25–30°), а правый, обращенный к вулкану, – пологий и террасированный. На правом борту можно насчитать до трех террас с высотами около 5, 10 и 20 м над урезом, отличающихся наклоненными к руслу реки поверхностями и заплывшими тыловыми швами. Близ вулкана аллювий террас перекрыт отложениями потоков сопочной брекчии различной мощности, в результате чего они трансформировались в пологонаклонные террасоувалы.

Анализ морфологии и плановых очертаний долины р. Алат свидетельствует, что изначально она была ориентирована строго на ССВ – субпараллельно зоне Центрально-Сахалинского разлома, однако на участке близ ЮСГВ она постепенно приобретает дугообразное очертание: подмываемый в паводки левый борт отступает к СЗ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные геоморфологические исследования на склонах Южно-Сахалинского грязевого вулкана и в долинах прилегающих водотоков показали, что деятельность даже такого относительно небольшого грязевого вулкана оказывает существенное влияние на формирование флювиального рельефа территории и морфологию долин. В зависимости от ориентировки потоков сопочной брекчии отмечается периодическое смещение междолинных и межбассейновых водоразделов речной сети прилегающей к вулкану территории.

Под воздействием грязевулканических потоков, которые спускаются в обрамляющие долины и отжимают русло реки к противоположному борту, погребая речные террасы на прилежащих к вулкану склонах долин, происходит постепенное смещение русел рек в противоположную от вулкана сторону с формированием дугообразного в плане рисунка долин. При этом плосковершинные междуречья, разделяющие водотоки, трансформируются в округло- и островершинные, которые в дальнейшем разрушаются под воздействием активных эрозионных и склоновых процессов.

Под влиянием грязевулканической деятельности в прилегающих к вулканам речных долинах террасовидные поверхности могут формироваться различным образом. Помимо того, что водотоки вырабатывают в толще сопочной брекчии эрозионные/цокольные террасы (1), грязевые потоки могут также перекрывать аллювиальные террасы на прилежащих к вулкану склонах долин, образуя слабонаклонные поверхности – террасоувалы (2). Кроме этого, в результате наслоения разновозрастных потоков брекчии разной протяженности могут образовываться и грязевулканические псевдотеррасы (3). Благодаря глинистому составу, грязевулканические массы подвержены активному развитию оползневых процессов, поэтому на бортах долин часто формируются оползневые террасы, сложенные сопочной брекчией (4). Сохранившиеся фрагменты грязевулканических плотин, некогда перегораживавшие водотоки, также морфологически выглядят как фрагменты террас (5).