Исследования магмо-газо-водопроводящих систем активных вулканов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-27-00127

НазваниеИсследования магмо-газо-водопроводящих систем активных вулканов

Руководитель Кирюхин Алексей Владимирович, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской академии наук , Камчатский край

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-115 - Гидрогеология

Ключевые слова Вулкан, фракинг, магма, сейсмичность, извержение, гидротермальный, моделирование, геофлюиды, продуктивный, резервуар, Ключевской

Код ГРНТИ38.61.05

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Цель проекта - разработка и применение геотермофлюидомеханических моделей для: (1) количественного описания условий формирования и функционирования магмо-газо-водопроводящих систем и резервуаров под активными вулканами на примере вулканов Ключевской и Безымянный, (2) оценки геотермального и эруптивного потенциала вулкана Безымянный. Решение первой группы задач будет осуществляться Frac-Digger методом по сейсмологическим данным КФ ФИЦ ЕГС РАН, верификация геометрии систем транспорта геофлюидов (магмы, газа и воды) - по хронологии фактических извержений вулканов, петрологическим и другим доступным геолого-геофизическим данным. Для решения второй группы задач будет дополнительно использовано TOUGH2-моделирование. В процессе выполнения работы планируется получение следующих результатов: (1) 3D распределение и хронология инжекций даек и силлов, предшествующих извержениям вулканов Ключевской (включая побочные извержения) и Безымянный в 2000-2022 гг: (2) Оценка геомеханического состояния под вулканами в моменты их извержений и в периоды относительного покоя; (3) верификация 3D моделей функционирования магмо-газо-водопроводящих систем вулканов Ключевской и Беззымянный по петрологическим и другим доступным данным; (4) Будет выполнена оценка геотермального потенциала Безымянного вулкана для получения геоэлектрической энергии; (5) Планируется разработка методики прогнозирования эруптивной активности вулканов Ключевской и Безымянный по данным мониторинга их магматической активности и с учетом сезонного изменения условий атмосферного водного питания.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кирюхин А.В., Бергаль-Кувикас О.В., Лемзиков М.В. Magmatic activity of Klyuchevskoy volcano triggering eruptions of Bezymianny volcano based on seismological and petrological data Elsevier B.V., Vol. 442. – P. 107892 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jvolgeores.2023.107892

2. Кирюхин, А. В., Бергаль-Кувикас, О. В., Лемзиков, М. В., Журавлев, Н. Б. Магматическая система Ключевского вулкана по сейсмическим данным и их геомеханической интерпретации Издание Горного университета, 263, 698-714 (год публикации - 2023)

3. А. В. Сергеева, О. А. Гирина, М. А. Назарова, Е. В. Карташева, Л. А. Позолотина, А. А. Кузьмина, Е. Ю. Плутахина ПЕПЕЛ ВУЛКАНА ШИВЕЛУЧ (КАМЧАТКА, РОССИЯ), ИЗВЕРЖЕННЫЙ В АПРЕЛЕ 2023 Г., КАК ИСТОЧНИК ВОДОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ 0742-0463, Journal of Volcanology and Seismology, 2024, Vol. 18, No. 4, pp. 307–322. © Pleiades Publishing, Ltd., 2024. (год публикации - 2024)

4. А.В. Кирюхин, А.В. Сергеева, О.О. Усачева, В.Ю. Лаврушин, И.В. Токарев THERMAL-HYDRODYNAMIC MODELING OF THE VALLEY OF GEYSERS AND KIKHPINYCH VOLCANO MAGMA-HYDROTHERMAL SYSTEM JP Journal of Heat and Mass Transfer, JP Journal of Heat and Mass Transfer, 38(1), 127–168. https://doi.org/10.17654/0973576325007 (год публикации - 2025)
10.17654/0973576325007

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Исследована магматическая система вулкана Шивелуч. Магматическая активность под вулканом Шивелуч в 2000-2023 гг. проявилась в инжекции даек и силлов (выявленных Frac-Digger методом) с повышенной концентрацией в интервалах глубин от -1 до +1 км и от -3 до -2,5 км и ССВ простиранием даек по направлению к Ключевскому вулкану. Последующий анализ выявил субвертикальную зону транс-вулканических даек ССВ простирания, включающую более половины из 198 тыс. микроземлетрясений (MEQ), зарегистрированных в Северной группе вулканов (СГВ), которая протягивается под вулканами на 120 км. В этой зоне также выявлен региональный глубинный сейсмогенный разлом в условиях горизонтального растяжения, гигантская разгрузка холодных источников (более 12.3 м3/с). Во многих случаях (28.10.2010, 03.12.2013, 30.12.2018, 10.04.2023) пароксизмальным извержениям вулкана Шивелуч предшествовала сейсмическая активность в глубинной магматической камере Ключевского вулкана, которая предположительно является источником транс-вулканических даек, распространяющихся из Ключевского в Шивелуч по рифтовой зоне СГВ. 2. Исследовано распространение пепла во время пароксизмального извержения вулкана Шевелуч произошедшего 10-13 апреля 2023 года, и его влияние на водные ресурсы пострадавшей территории. 3. Исследована сопряженная магмо-гидротермальная система вулкана Кихпиныч и Долины Гейзеров. Показано, что система характеризуется малоглубинной магматической активностью на площади ≈15 км2, подпиткой магматическими компонентами (Cl, CO2) и метеорной водой, конвективным тепловым потоком из структуры вулкана Кихпиныч в прилегающий Гейзерный резервуар, есть основания предполагать, что два катастрофических оползня/селя 2007 и 2014 годов были вызваны магматической деятельностью Кихпиныча. Для оценки параметров гидротермальных разгрузок и объемов извержений гейзеров применялся хлоридно-трассерный (ХТ) метод (получен патент RU(11)2024 110 193 (13)A Устройство для оценки разгрузок хлоридного трассера в водотоки). Термогидродинамическое TOUGH2-EWASG моделирование использовано для воспроизведения 5000-летней термогидродинамической истории магмо-гидротермальной системы, а затем инфильтрации холодной воды после катастрофических событий 2007 и 2014 гг. 4. Исследована циркуляционная система потухших вулканов в Паратунском грабене. Концептуальное численное моделирование низкотемпературных азотных геотермальных систем выполнено на примере Паратунского и Верхне-Паратунского геотермальных месторождений (Камчатка, Россия). Два близко расположенных месторождения находятся на расстоянии 15 км друг от друга, сложены вулканогенными породами эоцен-четвертичного возраста и включают малоглубинные резервуары, с глубинными подводящими корнями из потухших вулканических аппаратов, в которых циркулируют 60-90oC термальные N2 Cl-SO4-Na воды. 5.Исследована магматическая активность Мутновского вулкана в 2023-2024 гг. Магматическая активность выявляется Frac-Digger методом по сейсмическим данным КФ ФИЦ ЕГС РАН, наиболее мощная последовательность малоглубинных даек СВ простирания фиксируется на поверхности геотермальными скважинами, фонтанирующими смесью атмосферно-метеорного газа и пара. Внедрение дайки в марте 2024 г. синхронизировано с гидротермальным взрывом с формированием воронки объемом до 0.36 млн м3 на месте скв. 022 (Кратер 022+). Неизмененные обломки взрыва указывают на литокластический характер в головной газонасыщенной части дайки. Основание воронки взрыва представляет собой гидротермально измененную (опал, цеолиты) плоскость 160 x 75 м2. Механизм гидротермального взрыва рассматривается как результат гидроразрыва двухфазного геотермального резервуарамалоглубинной дайкой, с последующим повышением давления в приповерхностном гидротермальном резервуаре вблизи скважины с закрытой устьевой задвижкой.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Полученные результаты важны для прогноза эруптивной и магматической активности вулканов, поиска и разработки рудных, углеводородных и геотермальных месторождений.