Выше указывалось, что показатели для теплового потока в пределах термоаномалий в десятки и даже сотни раз превышают средние показатели для Земли. В таких условиях восходящее движение флюида сопровождается относительно небольшими теплопотерями. По расчету они не превышают 10% общего потока тепла в термоаномалиях и относятся, естественно, к их краевым частям. Следовательно, движение пара в центральных частях термоаномалий при установившемся режиме происходит в условиях, -близких к адиабатическим. Это дает возможность применить формулу связывающую начальное и конечное состояния водяного пара. В этой формуле Т0 и Р0 — начальные параметры (обстановка отделения пара от магмы), Т и Р— конечные параметры (обстановка у основания гидротермальных систем).
Как уже говорилось, температура у основания гидротермальных систем не превышает 400° на глубине 3 км, что соответствует приблизительно 300 атм. Если эти данные выбрать в качестве конечных параметров, то давление, при котором вода должна отделяться от магмы, будет определяться ее температурой, равной в момент отделения температуре магмы. Полагая, что температура гранитной магмы в земной коре может находиться в диапазоне от 600 до 1000°, получим давление от 900 до 3900 атм. Но при таких давлениях, как следует из экспериментальных данных (Хитаров, 1963), гранитная магма может удерживать воду в количестве от 3 до 7 вес. %. Р1ными словами, рассчитывать на отделение воды от магмы в количестве 5% от ее массы совершенно не приходится, и сама возможность такого процесса в рассмотренных условиях крайне незначительна. Отделение воды от магмы при высоких давлениях возможно только в том случае, если магма пересыщена водой или, что вероятнее, если через магматическое тело идет фильтрация водного флюида.
Все вместе взятое заставляет весьма критически относиться к представлениям о ведущей роли магматических тел в гидротермальном процессе. Корни молодых экструзий, равно как и гипотетические интрузивные тела, нельзя считать источниками мощной и длительной гидротермальной деятельности. Формирование рассмотренных термоаномалий в земной коре обусловлено восходящим потоком горячего флюида, генерация которого, в общем случае, ие связана с находящимися здесь магматическими телами, а является следствием самостоятельного глубинного процесса. Магматические тела, внедрившиеся в гидротермальные системы, могут оказывать на них активное влияние сравнительно непродолжительное время. В недрах термоаномалий они, по-видимому, ограничиваются пассивной ролью “флюиде/проводников” (определение Г. Л. Поспелова, 1963).
Что же касается вулканических аппаратов, то здесь магма подходит непосредственно к поверхности и, если она является водосодержащей, неизбежно должна дегазироваться. Как следствие возникает мощная и очень концентрированная фумарольная деятельность, продолжительность которой поддерживается поступлением в результате извержений свежих порций водосодержащей магмы.
Гидротермальная деятельность и "кислый вулканизм"
В общем тепловом балансе вулканических областей гидротермальная деятельность занимает подчиненное положение (Поляк, 1964). С этой точки зрения ее следует считать производной вулканизма. Однако в конкретных районах своего проявления гидротермальная деятельность обнаруживает энергетический эффект, не уступающий собственно вулканическим явлениям, в частности — явлениям кислого вулканизма. Поскольку эти процессы приурочены к общей территории и протекают в рамках одного и того же времени, можно заключить, что между ними имеется парагенетическая связь. В таком случае естественно предположить, что некоторые показатели, свойственные гидротермальному процессу, характеризуют в известной мере и процессы кислого вулканизма. Это относится, в частности, к -величине теплового потока на термоаномалиях и ж термическому состоянию их недр. Следующий пример подтверждает это положение.
Банвелл (1957) специально останавливался на двух извержениях в районе оз. Таупо, происходивших 1700 и 3000 лет назад и давших по 10 км3 пеплового материала. Он заключает, что современная спокойная деятельность горячих источников, гейзеров и фумарол в этом районе может быть лишь отдельной фазой целого цикла, в течение которой накапливался горячий материал для создания следующей ступени извержения. Действительно, количество тепла, вынесенное пепловым материалом за одно извержение, если принять его среднюю температуру за 800° и среднюю плотность за 1,5 г/см3, составляет З х 1015 /скал, в то время как гидротермы района за 1500 лет выносят около 6,7 х 1015 ккал. Таким образом, если из общей величины теплового потока в пределах рассмотренной термоаномалии аккумулируется около 30% тепла, то этого уже достаточно для накопления горячего материала в указанных масштабах.
Примерно такие же соотношения получаются при сравнении масштабов гидротер-мальной деятельности и явлений кислого вулканизма в пределах всей зоны Таупо за четвертичный период (1 млн. лет). Общий объем четвертичных вулканогеиных фаций достигает здесь, по данным Хили (1964), 4 тыс. куб. миль. Этот объем может быть достигнут, если в пределах всей зоны происходила аккумуляция тепла, сопровождавшаяся плавлением пород, равная в среднем 200—300 тыс. ккал/сек. Для сравнения укажем, что только четыре гидротермальные системы (Вайракей, Таупо, Ротокава и Вайотапу) выносят ежесекундно около 430 тыс. ккал/сек (Banwell, 1963).
С этих позиций следует рассмотреть вопрос о том, не может ли главный эндогенный агент гидротермального процесса — водный флюид--обусловить такую термическую обстановку в верхних горизонтах земной коры, чтобы могли осуществиться и явления кислого вулканизма. Фактических данных о начальной температуре флюида не имеется. Можно лишь предполагать, что в вулканических областях она, вероятно, приближается к 1000—1200°, т. е. к температурному уровню андезито-базальтового вулканизма. В этом случае ориентировочные расчеты по формуле адиабатического расширения пара позволяют ответить на поставленный вопрос утвердительно. Согласно графику, построенному для некоторых усредненных условий (рис. 3), в недрах термоаномалий на глубинах 5,5—10 км температуры должны достигать 600—800°, что обусловлено восходящим флюидом. В зависимости от геологической обстановки указанный диапазон глубин может изменяться как в большую, так и в меньшую стороны.
При таких параметрах, как следует из большого числа экспериментальных данных, в условиях благоприятной обводненности должно происходить расплавление отдельных участков в “гранитном” слое. Расплавление силикатного материала на небольших глубинах может, кроме образования интрузивных тел, сопровождаться прорывом его на поверхность, образованием экструзий, а также взрывными явлениями, приводящими к образованию пемз и спекшихся туфов. Следовательно, горячий водный флюид можно рассматривать как главный агент особой формы вулканизма, в рамках которой взрывные явления, экструзии магмы и гидротермальная деятельность предстают как ассоциация различных проявлений одного процесса.
Конкретное соотношение между масштабами этих явлений в разных районах бывает различным. Оно зависит от строения земной коры, характера фаций в осадочном чехле, тектонического положения термоаномалий и степени их обводненности, т. е., в конечном счете, определяется геологической обстановкой.
По своему происхождению флюид вряд ли является моногенным. Возможно, что в его составе принимает участие и ювенильиая вода; однако большая часть воды является, вероятно, “возрожденной” и мобилизованной из нижних горизонтов земной коры. Это своего рода обязательная реакция земных недр на тот тепловой импульс, который возникает в связи с началом вулканической деятельности, когда огромные массы андезито-базальтового материала прорываются через земную кору на поверхность. В отличие от прорыва андезито-базальтового материала, происходящего в сжатые сроки, формирование термоаномалий в земной коре под действием восходящего флюида представляет собой процесс, сильно растянутый во времени. Поэтому как гидротермальная деятельность, так и явления кислого вулканизма получают развитие спустя многие десятки, а возможно, и сотни тысяч лет после соответствующего им цикла андезито-базальтового вулканизма.
Список литературы
Бойд Ф.Р. Спекшиеся туфы и потоки риолитового плато в йеллоустонском парке. В сб.: “Проблемы палеовулканизма”. Изд-во “Мир”, 1963.
Нехорошев А.С. Геотермические условия и тепловой поток вулкана Эбеко на острове Парамушир.- Бюлл. Вулканол. станции АН СССР, 1960, № 29.
Поляк Б.Г. К энергетической оценке вулканических явлений. В сб.: “Проблемы вулканизма”. Изд-во АН СССР, 1964.
Поспелов Г.Л. Геологические предпосылки к физике рудоконтролирующих флюидо-проводников.- Геология и геофизика, 1963, № 3, 4.
Хитаров Н.И. Вопросы эндогенных процессов в свете экспериментальных данных. 1963.
Вanwеll С.J. Thermal energy from the Earth's crust. - N. Z. J. Geol. .and Geophys. / 1963, 6, №1.
Вanwell C. J., Cooper E. R., Thompson Е. К., Me С г ее К. J. Physics of the; New Zealand thermal area.—Bull. N. Z. Dept. Sci. and Industr., res., 1957, № 123.
Barth T. F. W. Volcanic geology, hot springs and geisers of Island. 1950.
Bodvarsson G. Physical characteristics of natural heat resources in Island. United Nations conference on new sources of energy. Rome, 1961.
Fisher R.G. Geothermal heat flow at Wairakei during 1958.- ;N. Z. J. Geol. and Geophys., 1964, 7, № 1.
Неleу J. Volcanic mechanisms in 'the Taupo volcanic zone.- N. Z. J. Geol. and Geophys., 1964, 7, № 1.
Mazzоni A. The Steam vents of Tuscany and the Larderello plant., 1950.
Wiotapu geothermal field.-Bull. N. Z. Dept. Sci. and Industr. Res., 1963, N 155.
White D. E. Thermal waters of volcanic origin.- Bull. Geol. Soc. America, 1957, 68.
White D. E., Anderson E. Т., Grubbs D. K- Geothermal brine well: mile-deep drill hole May Tap orebearing magmatic water and rocks undergoing metarnor-phism.—Science, March 8 1963, 139, № 3558.
3-11-2013, 01:09