Вулканологические исследования на Курильских островах: итоги и перспективы

Вестник ДВО РАН. 2011. № 6

УДК 551.21+551.23+551.24+550.4

В.М.ГРАННИК, А.В.РЫБИН, Б.Н.ПИСКУНОВ, М.В.ЧИБИСОВА

Вулканологические исследования на Курильских островах: итоги и перспективы

Изложена история развития вулканологических исследований на Курильских островах в ИМГиГ ДВО РАН. Приведены результаты изучения тектоники, магматизма, металлогении и действующих вулканов Курильских островов.

Ключевые слова: магматизм, тектоника, действующие вулканы, термальные источники, полезные ископаемые, мониторинг.

Volcanological investigations in the Kurile Islands: results and perspectives. V.M.GRANNIK, A.V.RYBIN, B.N.PISKUNOV, M.V.CHIBISOVA (Institute of Marine Geology and Geophysics, FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk).

The history of development of volcanological researches in the Kurile Islands in IMGG, FEB RAS is given. The results of studying of tectonics, magmatism, metallogeny and active volcanoes of the Kurile Islands are shown.

Key words: magmatism, tectonics, active volcanoes, thermal springs, commercial minerals, monitoring.

Курильская вулканическая островная дуга, Курило-Камчатский глубоководный желоб, преддуговой и междуговой прогибы, Курильская (Южно-Охотская) тыловая впадина - области наиболее интенсивно протекающих современных геологических процессов, что выражается здесь в высокоамплитудных перемещениях земной поверхности по разломам, проявлениях интенсивного вулканизма, исключительно высокой сейсмичности и других явлениях. Эти структуры интересны и в практическом отношении, так как с ними связаны разнообразные месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых, включая нефть и газ [1, 2, 4].

Изучение Курильских островов было начато с момента создания Сахалинской научно-исследовательской базы Академии наук СССР (1946-1949 гг.), преобразованной позднее в Сахалинский филиал АН СССР, а затем в Сахалинский комплексный научно-исследовательский институт (СахКНИИ) [8].

Вначале вулканологические исследования на Курильских островах были ориентированы главным образом на оценку перспектив конкретных рудных месторождений, изучение вулканизма и геологического строения отдельных островов.

После передачи в 1957 г. СахКНИИ в ведение Сибирского отделения АН СССР в институте создается лаборатория вулканологии, первым заведующим которой становится В.Н.Шилов. С этого времени в СахКНИИ (с 1984 г. - Институт морской геологии и геофизики) развиваются фундаментальные исследования геологического строения, магматизма, четвертичного и кайнозойского вулканизма, петрологии, геологических формаций, геоморфологии, структуры и природы геофизических полей, строения земной коры и верхней мантии, тектоники, геодинамики, металлогении, современных движений земной

*ГРАННИК Валерий Маерович - доктор геолого-минералогических наук, РЫБИН Александр Викторович - кандидат геолого-минералогических наук, ПИСКУНОВ Борис Николаевич - доктор геолого-минералогических наук, ЧИБИСОВА Марина Владимировна (Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск). *Е-тай: gvm2564@mail.ru, grannik@imgg.ru

коры, полей тектонических напряжений и сейсмичности как отдельных островов, так и Курильской островной системы в целом. Действительно, как показало изучение вулканизма Камчатки, Курильских островов и других регионов мира, весь этот комплекс знаний не только имеет важное значение, но просто необходим для выяснения закономерностей проявления магматизма в интрузивной, субвулканической и вулканической формах и выработки критериев прогноза вулканических извержений [15, 18, 19 и др.].

Наиболее интенсивно все эти направления развивались в период с начала 1970-х годов примерно по 1987 г. [8], а исследования четвертичного вулканизма, геодинамики, современных движений земной коры, полей тектонических напряжений и сейсмичности продолжаются и в настоящее время.

В 1972 г. сотрудниками лаборатории вулканологии (с 1971 по 1974 г. ее возглавлял Е.К.Мархинин) изучено извержение вулкана Алаид на о-ве Парамушир, а в 1973 г. - вулкана Тятя на о-ве Кунашир. Во время изучения продуктов извержения вулкана Тятя в извергнутых ювенильных пеплах были обнаружены абиогенно образовавшиеся сложные органические соединения. Это означало, что вулканы являются теми гигантскими химическими реакторами, в которых синтезируются предбиологические соединения, из которых могут образовываться живые организмы.

С переименованием СахКНИИ в Институт морской геологии и геофизики лаборатория вулканологии отдела геологии островных дуг преобразуется в лабораторию петрологии и геохимии (В.И.Федорченко). Однако основное направление научных исследований этой лаборатории остается прежним - изучение мезозойско-кайнозойского вулканизма Сахалина и Курильских островов.

С 2000 г. отдел геологии островных дуг заменяет лаборатория с аналогичным названием (Б.Н.Пискунов), а с 2010 г. все исследования в этой области сосредоточиваются в лаборатории вулканологии и вулканоопасности (Г.С.Штейнберг, а затем А.В.Рыбин).

Научные результаты выполненных исследований по всем этим направлениям публиковались в многочисленных статьях, материалах конференций, монографиях (см. [7]).

Приведем наиболее важные и интересные из полученных сотрудниками института научных результатов.

Обоснована гипотеза об образовании континентальной земной коры, гидросферы и атмосферы в течение геологической истории Земли в основном за счет твердых и газообразных продуктов, вынесенных на поверхность вулканами островных дуг и родственных им структур [14].

Впервые дано монографическое описание тектоники Курильской островной системы. Подробно исследованы морфологические и динамические особенности островной системы, ее глубинная структура, вещественный состав вулканогенно-осадочных и изверженных пород, дислокации мезозойских и кайнозойских образований и основные этапы ее геологического развития [18].

Определены индикаторные черты и эволюция состава продуктов островодужного вулканизма во времени, разработаны четкие критерии разграничения серий континентальных и океанских изверженных пород, а также установлены причины формирования латеральной петрохимической зональности островодужного вулканизма [15]. Полученные результаты имеют теоретическое и практическое значение при определении геодинамической природы изверженных пород современных островных дуг и древних складчатых областей.

Уточнена мощность земной коры под Курильскими островами. Разработаны критерии и установлено положение магматических очагов под вулканами. Установлена структура локального поля напряжений, а также положение областей преимущественных сжатий и растяжений для литосферных блоков, находящихся в различных геодинамических условиях [6].

Предложена оригинальная петрологическая модель островодужного вулканизма, связывающая возникновение исходных высокоглиноземистых лейкобазальтовых расплавов

я-ов Камчатая

Корпи

160

ироничен?

Саоерпжл

153'

Чфимеотвн

1МГйр

5а-

• р1ЙЮКв «Пик Сзрымсаа

Ц Расшуп *Группл Уаачшмр • ПйЛЛйСЛ

'гсрящап солка

156'

1Я'

1Смау

40-

ГцуНПй КйТСиОП;

«

О. Уруп

О ¡¿ЦГ/'руЪ ГС>гдач ЧИ|

А-ТПМУЧЯН"

Кушнший Ммьинн Ь^.ьг

злынсихч Товдмтсри

\52-

в древнем гранулито-базитовом слое с воздействием на него зонального по щелочности восстановленного глубинного флюида, отделяющегося от вещества верхней мантии в области сейсмофокального слоя. Наблюдаемое разнообразие острово-дужных вулканитов объяснено многостадийной кристаллизационной дифференциацией [19].

Установлена тесная взаимосвязь природы и региональных особенностей геофизических полей Охотско-Курильского региона, включающего Кури-ло-Камчатскую островную систему, со структурно-вещественными комплексами. Вследствие их гетерогенности земная кора и верхняя мантия характеризуются здесь существенной неоднородностью всех без исключения геофизических слоев как в вертикальном, так и в латеральном направлениях [10].

Систематизированы данные о редких металлах Курильских островов. Охарактеризованы геохимические ассоциации, минералы-носители и геологическое положение рудопроявлений, содержащих редкие металлы в виде минеральных или изоморфных примесей в типично островодужных золото-серебряных, колчеданно-полиметаллических и иных рудах, а также в собственно редкометалль-ных проявлениях. Выявлено широкое распространение рениеносной минерализации на Курильских островах и проведено сравнение составов молибден-рениевых минералов и руд Курильских островов с рудами рениеносных месторождений мира [4]. Эти результаты используются в настоящее время производственными организациями при проведении поисково-разведочных работ на Курильских островах.

Охарактеризованы разновозрастные кайнозойские островные дуги Камчатки и все структурные элементы Курильской островной системы. Для изверженных пород Курильской и Малокурильской вулканических островных дуг установлен формационный состав и предложена модель их образования [3].

Итоги геолого-геофизических исследований, выполненных в течение четверти века сотрудниками института, дополненные материалами отечественных и зарубежных организаций, были опубликованы в «Геолого-геофизическом атласе Курило-Камчатской островной системы» [2]. Атлас, кроме островной суши Курильской и Командорской островных гряд, охватывает обширные акватории Охотского, частично Берингова морей и Тихого

0. Кунйшир

4 Уутчкл»

ыа1

А {Лг^мп^на

1М'

140-

Схематическая карта активных вулканов Курильских островов

океана. Охарактеризованы геоморфология, геологическое строение, геофизические поля, строение земной коры по сейсмическим данным, динамические особенности Курильской островной системы, такие как современные движения земной коры, вулканизм, сейсмичность, явления цунами.

В современной лаборатории вулканологии и вулканоопасности работает 12 человек, 5 из них молодые специалисты. Основные направления деятельности лаборатории базируются на фундаменте, заложенном сотрудниками института в прошлом столетии.

В настоящее время лаборатория решает следующие задачи:

- изучение геологической истории развития четвертичных вулканов Курильских островов (хронология вулканических извержений, петролого-геохимическая характеристика вулканических пород, оценка объемов извержений и воздействия их на окружающую среду);

- создание и применение дистанционной системы наземного и космического мониторинга активных вулканов Курильских островов;

- изучение и типизация термальных проявлений и эксгаляционных руд, связанных с активным вулканизмом;

- исследования петролого-геохимических особенностей миоценовых и плиоценовых вулканических комплексов, являющихся фундаментом для современных вулканических построек.

В рамках международного проекта «Курильский биокомплексный проект: человеческая уязвимость и способность к восстановлению при субарктических изменениях» национального научного фонда США и поддержке грантов РФФИ и ДВО РАН в 2006-2010 гг. проведены экспедиционные работы на центральных и северных Курильских островах. Наряду с основными задачами проекта, направленными на изучение биогеографических процессов взаимодействия человека и природы, проводились исследования, касающиеся активного вулканизма и геологического строения Курильских островов [5, 9, 11-13].

С разной степенью детальности проведены исследования на островах Уруп, Симушир, Кетой, Ушишир, Расшуа, Матуа, Шиашкотан, Онекотан, что позволило оценить современное состояние активных вулканов этой части Курильских островов.

Совместно с лабораторией палеогеографии Тихоокеанского института географии ДВО РАН изучены разрезы почвенно-пирокластических чехлов по обрамлению вулканов центральных и северных Курильских островов. Выделены группы островов, на которых вулканы были слабо активны в среднем и позднем голоцене (Кетой, Расшуа, Шиашкотан) [11, 16]. Установлено, что практически все современные вулканы средних Курильских островов возникли в посткальдерную стадию развития более крупных вулканических построек. Их формированию предшествовали гигантские выбросы пемзово-пирокластического материала.

Обосновано выделение позднеголоценового этапа кальдерообразования, проявившегося на центральных Курильских островах (кальдера Ушишир - 2300 тыс. лет и кальдера Заварицкого - 300-400 лет).

Проведена батиметрическая эхолотная съемка внутрикальдерных озер Курильских островов: Горячего и Кипящего (о-в Кунашир), Бирюзового (о-в Симушир), Черного (о-в Онекотан). По результатам съемки составлены батиметрические схемы озер, впервые получены трехмерные изображения их подводной части [9].

Получены новые данные по возрасту (K-Ar метод) аквагенного базальтоидного комплекса Курильских островов, свидетельствующие о формировании подводных вулканитов в интервале 6-1 млн лет.

Совместно с лабораторией геохимии Дальневосточного геологического института ДВО РАН на основе новых аналитических данных по содержанию изотопов Sr и Nd показано, что породы вулканического фронта обогащены радиогенным Sr и отличаются значительными вариациями 143Nd/144Nd отношения вдоль простирания дуги. Происхождение

фронтальных лав связано с высокой степенью плавления источника, значительно переработанного субдукционным флюидом. Впервые на изотопном уровне доказан гетерогенный характер надсубдукционного мантийного клина в пределах Курильской островной дуги, более деплетированного под ее центральным звеном. Определяющее влияние на состав тыловодужных лав, скорее всего, оказывали процессы, связанные прежде всего с раскрытием Курильской глубоководной котловины [13].

По единой методике проведены комплексные исследования и типизация термальных вод и сольфатарных газов Сахалина и южных Курильских остров. Выделено тринадцать гидрохимических типов термальных вод по кислотности, газовому и химическому составам. Даны рекомендации по использованию различных типов термальных источников для создания систем мониторинга вулканической активности и применению гидротерм в народно-хозяйственных целях [5].

В рамках российско-американского проекта по снижению вулканической опасности в северной части Тихого океана осуществляется мониторинг действующих вулканов с целью своевременного предупреждения о начале извержений курильских вулканов, что позволяет своевременно информировать население, а при сильных эксплозивных извержениях - предупредить авиакомпании об опасности полетов над районом действующего вулкана [17].

Все эти материалы и выводы о состоянии вулканов и прогнозах их будущей активности получены на природных объектах Курильской дуги, которые длительное время практически никем не изучались, особенно на труднодоступных островах. Зачастую сведения о них ограничивались данными полувековой давности, и поэтому современные материалы по вулканизму представляют несомненный интерес для широкого круга отечественных

Высадка участников вулканологической экспедиции ИМГиГ ДВО РАН на о-в Матуа в 2009 г. На переднем плане (справа налево): А.В.Рыбин, начальник экспедиции, Д.Н. Козлов, младший научный сотрудник; на заднем плане: Р.В.Жарков, старший научный сотрудник, А.В.Дегтерев, младший научный сотрудник, И.Г.Коротеев, старший инженер

и зарубежных исследователей разнообразного профиля: геологов, вулканологов, тектонистов, стратиграфов, геоморфологов, географов и других специалистов.

Дальнейшие перспективы проведения успешных вулканологических исследований на Курильских островах обусловлены как многолетним опытом и знаниями, приобретенными предыдущими исследователями, так и тесными творческими связями лаборатории вулканологии и вулканоопасности с научными подразделениями других российских и зарубежных институтов. Эффективность подобных комплексных исследований уже неоднократно доказана.

ЛИТЕРАТУРА

1. Геолого-геофизическая характеристика и перспективы нефтегазоносности Срединно-Курильского прогиба / А.Я.Ильев, В.Э.Кононов, О.В.Веселов, В.Н.Красиков, П.Ф.Волгин, Е.В.Кочергин, А.В.Кочергин, В.Н.Сеначин, Г.Н.Шереметьева, Л.М.Лютая. Владивосток: Дальнаука, 2009. 141 с.

2. Геолого-геофизический атлас Курило-Камчатской островной системы / ред. К.Ф.Сергеев, М.Л.Красный. Л.: ВСЕГЕИ, 1987. 36 л.

3. Гранник В.М. Геология и геодинамика южной части Охотоморского региона в мезозое и кайнозое. Владивосток: Дальнаука, 2008. 297 с.

4. Данченко В.Я. Редкие металлы в рудах Курильских островов. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1999. 89 с.

5. Жарков Р.В. Типы термальных вод Южных Курил и их влияние на ландшафты: автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. Хабаровск, 2008. 27 с.

6. Злобин Т.К. Строение земной коры и верхней мантии Курильской островной дуги (по сейсмическим данным). Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1987. 150 с.

7. Институт морской геологии и геофизики: библиогр. указатель за 1946-1996 гг. / Н.Н.Ковалишина, Т.Г.Дементьева, Т.И.Зарубина, Н.Н.Минаева. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1999. 452 с.

8. Институт морской геологии и геофизики - 60 лет. Страницы истории. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2006. 153 с.

9. Козлов Д.Н., Жарков Р.В. Морфология и генезис озер кальдерных комплексов Головнина и Заварицкого (Курильские острова) // Вестн. ДВО РАН. 2010. № 3. С. 103-106.

10. Красный М.Л. Геофизические поля и глубинное строение Охотско-Курильского региона. Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. 162 с.

11. Левин Б.В., Фитцхью Б., Буржуа Д. и др. Комплексная экспедиция на Курильские острова в 2008 г. (III этап) // Вестн. ДВО РАН. 2009. № 2. С. 134-142.

12. Левин Б.В., Рыбин А.В., Василенко Н.Ф. и др. Мониторинг извержения вулкана Пик Сарычева на острове Матуа в 2009 г. (Центральные Курильские острова) // ДАН. 2010. Т. 435, № 2. С. 255-258.

13. Мартынов Ю.А., Ханчук А.И., Кимура Дж.И., Рыбин А.В., Мартынов А.Ю. Геохимия и петрогенезис четвертичных вулканитов Курильской островной дуги // Петрология. 2010. Т. 18, № 5. С. 512-535.

14. Мархинин Е.К. Роль вулканизма в формировании земной коры на примере Курильской островной дуги. М.: Наука, 1967. 255 с.

15. Пискунов Б.Н. Геолого-петрологическая специфика вулканизма островных дуг. М.: Наука, 1987. 237 с.

16. Разжигаева Н.Г., Ганзей Л.А., Гребенникова Т.А. и др. Торфяник о. Кетой - опорный разрез среднего-позднего голоцена Центральных Курил // Тихоокеан. геология. 2009. Т. 28, № 6. С. 65-80.

17. Рыбин А.В., Чибисова М.В., Коротеев И.Г. Проблемы мониторинга вулканической активности на Курильских островах // Вестн. ДВО РАН. 2010. № 3. С. 64-72.

18. Сергеев К.Ф. Тектоника Курильской островной системы. М.: Наука, 1976. 239 с.

19. Федорченко В.И., Абдурахманов А.И., Родионова Р.И. Вулканизм Курильской островной дуги: геология и петрогенезис. М.: Наука, 1989. 239 с.