3. Вулканогенные массивы

К вулканогенным массивам (ВМ) или вулканогенным бассейнам (ВБ) относятся геологические структуры преимущественно складчатых областей, бассейны стока верхне-, внутри- н межлавовых вод. приуроченных к различным вулканическим образованиям—конусам вулканов, покровам, потокам застывших лав н т. д. Они представлены многочисленными и подчас обширными покровами, потоками лав н сопутствующими им вулканогенными породами, туфами н другими пирокластами. Вулканогенные образования залегают на поверхности эрозионно-тектонического рельефа и перекрывают артезианские бассейны н гидрогеологические массивы. Подошва вулканогенного массива (его основание) неровная — с крупными понижениями, приуроченными к погребенным долинам, озерным котловинам п другим отрицательным формам рельефа, и поднятиями, отражающими возвышенные элементы рельефа — склоны и водоразделы, залитые лавами.

Рельеф кровли ВМ также неровный и разнообразный. Это в основном платообразные возвышенности и горы, плоские или выпуклые щитообразные поверхности, конусы потухших и действующих вулканов, цокольные террасы по долинам рек, сложенные долинными базальтами, иногда в той или иной степени эродированные вершины и водоразделы гор, обширные лавовые плато.

Рнс. 12. Структурно-геологическая типизация вулканогенных бассейнов. а — нагорные платбазальты; б — вулканические поднятия; в - вулканический склон; г — вулканическая депрессия; д – вулканический грабен; е — конус вулкана. 1 — интрузивные породы; 2 — осадочные породы; 3 — обводненные зоны; 4 — направление движения подземных вод; 5 — источники

Среди вулканогенных массивов по различию условий формирования подземных вод могут быть выделены два характерных подтипа: районы "предыдущей" (неоген-четвертичной или более ранней) вулканической деятельности и районы современного вулканизма.

1. Районы неоген-четвертичной вулканической деятельности. При отсутствии современной вулканической деятельности проницаемость лав и вулканогенно-осадочных образований определяется трещиноватостью и пористостью, формировавшейся при остывании лав, и рыхлым сложением пирокластов. В зависимости от условий излияния и остывания лав их пористость и трещиноватость изменяются в широких пределах. Наряду с монолитными слаботрещиноватыми (практически "водоупорными") участками лавовых тел характерно существование лав, в которых интенсивная открытая (до 1,5—5,0 см и более) трещиноватость развита на всю мощность. Особенно высокой проницаемостью характеризуются лавовые тела с развитием интенсивной сингенетической трещиноватости (столбчатая, глыбовая, плитчатая и другие отдельности). Проницаемость вулканогенно-осадочных образований изменяется в зависимости от содержания тонкодисперсного материала и степени уплотнения. В связи с этим глинистые туфы, туфобрекчии, пеплы и другие породы нередко являются практически "водоупорными". Часто слабопроницаемые "экраны" образуются также на поверхности лавового покрова в результате оплавления при следующем излиянии и кольматации зоны экзогенной трещиноватости, вулканогенно-осадочных образований и делювиальных пород. Скважность и проницаемость пород этого типа зависят также от их возраста и снижаются от молодых вулканогенных пород к более древним в связи с процессами кольматации и цементации трещинного и порового пространства и уплотнения. Поэтому в качестве типичных вулканогенных бассейнов обычно рассматриваются районы распространения молодых неоген-четвертичных, в отдельных случаях палеогеновых, эффузивных пород. В целом скважность (трещинно-поровая пустотность) вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород изменяется от 2,0—3,0 до 20% и более. Проницаемость от менее 10~2 до 150 м/сут и более.

На одних участках разреза в связи с отсутствием водоупорных "экранов" или низкой проницаемостью породы являются практически безводными. На других — в интенсивно трещиноватых лавах или высокопористых пирокластах формируются мощные потоки "пластово-трещинных" подземных вод, движение которых определяется конфигурацией проницаемых зон и рельефом подстилающей слабопроницаемой поверхности. Латеральные градиенты таких потоков изменяются в пределах 0,005—0,01 и более. В ряде случаев скважины вскрывают напорные подземные воды типа межпластовых (рис. 13).

Рис. 13. Схематический гидрогеологический разрез вулканогенного массива: 1 — трещиноватые вулканические породы; 2 — пирокласты (туфы, туфобрекчии и др.); 3 — слабопроницаемые "экраны": участки поверхности лавовых "потоков", оплавленные при последующем излиянии, прослои слаботрещиноватых лав и др.; 4 — валунно-глыбовые образования; 5 — над-, меж- и подлавовые потоки трещинных подземных вод; 6 — участки интенсивного питания подземных вод; 7 — положение уровней подземных вод; 8 — источники и групповые выходы подземных вод; 9 — местный напор подземных вод; 10 — породы "основания"

Питание трещинных вод вулканогенных массивов формируется за счет инфильтрации атмосферных осадков и поглощения поверхностных водотоков, образующихся в периоды интенсивного выпадения осадков и снеготаяния. Особенно благоприятные условия атмосферного питания характерны для участков поверхностного распространения интенсивно трещиноватых лав и участков, на которых вулканические породы перекрыты развалами камней и глыбовыми накоплениями мощностью 20—25 м и более. На таких участках практически все атмосферные осадки (за вычетом испарения) расходуются на питание подземных вод.

Разгрузка подземных вод формируется в основном в виде родников и крупных групповых выходов, которые связаны с выклиниванием над- и межлавовых потоков. Основные участки и зоны разгрузки обычно связаны со склонами эрозионных врезов и уступами лавовых плато и террас, на которых поверхность земли вскрывает контакты водоносных и слабопроницаемых пород. При сложном строении разреза на высоких уступах часто наблюдаются ярусно расположенные участки разгрузки подземных вод с выходами родников на разновысотных отметках.

2. Подземные воды областей современного вулканизма. Подземные воды вулканогенных массивов с проявлением процессов современного вулканизма наряду с рассмотренными выше закономерностями характеризуются в ряде случаев аномальным геотермическим режимом и специфическим химическим и газовым составом, связанными с вулканической деятельностью. В верхней части разреза в трещиноватых лавах и пирокластических образованиях формируются инфильтрационные маломинерализованные (0,1—0,25 г/л) подземные воды, гидродинамический режим и химический состав которых типичен для этих пород (см. выше).

В районах воздействия активных вулканических очагов и на участках гидротермального изменения горных пород в зонах современного тектонического дробления и контактов существуют условия для формирования термальных вод глубинной (1500—2000 м, возможно более) циркуляции, имеющих специфический химический и газовый состав. Выходы высокотемпературных поземных вод на поверхность проявляются в виде термальных, нередко "кипящих" источников и пароводяных струй, в ряде случаев с гейзерным режимом фонтанирования.

По современным представлениям большинство типов подземных вод районов вулканической деятельности являются современными инфильтрационными водами. Высокие температуры подземных вод связаны с их глубокой (до 1000—2000 м, возможно глубже) фильтрацией вблизи магматических очагов по системам новейших тектонических разломов. Гидрогеологическая структура гидротермальных систем чрезвычайно сложна. Это резервуары, вмещающие порово-пластовые, трещинно-пластовые и жильные холодные и термальные воды, между которыми имеется гидравлическая связь, характер которой различен на отдельных участках, но в принципе определяется пластовым давлением. Формирование и разгрузку ПВ в районах современного вулканизма можно хорошо наблюдать на примере Долины Гейзеров, располагающейся в пределах одноименной депрессии, в бассейне реки Гейзерной.

Питание подземных вод Гейзерной гидротермальной системы. Согласно карте максимальных снегозапасов, в пределах бассейна р. Гейзерной норма аккумуляции снега составляет 1800-2000 мм, а жидкие осадки теплого сезона около 600-800 мм. Соответственно, сумма выпадающих за год осадков достигает 2600 мм. На долю твердых осадков приходится две трети их количества и именно их растянутое во времени таяние и служит основным вкладом в питание подземных вод, в то время как в период летне-осенних циклонов большая часть ливневых осадков скатывается с поверхностным стоком. Обилие атмосферных осадков при условии избыточного увлажнения и хорошей проницаемости пород вулкана Кихпиныч и проницаемости пород горного плато создают исключительно благоприятные условия для глубокого инфильтрационного питания гидротермальной системы. Средний расход на замыкающем створе реки Гейзерной по измерениям 1975 г. (близкого к норме по водности) составляет 1,8 м³/с. Следовательно, общий слой поверхностного стока с бассейна реки близок 1900 мм, а инфильтрация в глубокие водоносные горизонты может составлять 700 мм.

Характер разгрузки находит отражение в газовом и химическом составе поверхностных термопроявлений (табл. 1). Дифференциация термопроявлений выражена в вертикальной гидрохимической зональности. В верхней части - происходит отделение от воды парогазовой составляющей, а в нижней - разгружаются “отработанные” напорные хлоридно-натриевые воды.

Таблица 1.

Водоносные комплексы Гейзерной гидротермальной системы

Название водоносного комплекса, рН; ТоС	Химический состав воды, мг/л
	NH4	K	Na	Ca	Mg	HCO3	Cl	SO4	H3BO3	H4SiO4 p.	H4SiO4 k.
1 водоносный комплекс. рН=6,85; Т=4	0	0	1,8	2,4	1,2	13,4	2,8	1,0	0	31,4	15,3
2 водоносный комплекс. рН=7,6; Т=18	0,1	6,4	67,4	103,0	25,1	354	32,7	230,5	0,7	151,0	10,0
рН=0,9; Т=96	12,0	1,13	1,53	16,0	8,7	0	0,7	2260	0,7	411,0
3 водоносный комплекс. рН=7,65; Т=6	0,1	1,2	4,7	7,6	2,2	31,1	3,5	9,6	0,5	63,0	5,0
4 водоносный комплекс. рН=2,18;Т=72	0,2	1,9	6,9	29,0	11,5	0	0,7	890,0	0,7	246,0	87,0
рН=3,22; Т=94	8,0	9,34	7,9	16,0	1,94	0	0,35	124,8	0,5	222,0	28,0
5 водоносный комплекс. рН=9,2; Т=72	1,0	22,7	319,0	20,7	0,2	58,6	412,0	172,9	98,9	167,0	153,0
рН=8,6; Т=97	0,85	31,8	435,0	22,5	0,2	22,0	639,0	153,7	86,0	175,0	105,0

Рис. 14. Распределение источников по водоносным комплексам в бассейне р. Гейзерной. 1- комплекс четвертичных экструзивных куполов левого и правого бортов долины реки, которые содержат в себе наиболее пресные воды, похожие на воды атмосферных осадков. 2- комплекс четвертичных и современных пирокластических пород вулкана Кихпиныч, в пределах которых разгружаются малодебитные источники, приуроченные к выветрелой толще дацито-липаритов и к рыхлым пролювиальным отложениям, а также грязевые котлы и источники с кислыми термальными водами с пестрым катионным составом в зонах раздробленности на теле вулкана. 3- комплекс верхнечетвертичных озерных отложений, который содержит в себе пресные холодные воды поверхностного происхождения. 4- комплекс вулканогенно-осадочных пород среднечетвертичного возраста, где разгрузка вод представлена малодебитными теплыми и горячими нисходящими источниками и кипящими бессточными котлами на левом борту долины. 5- комплекс плиоцен четвертичных вулканогенно-осадочных пород, заключающих в себе напорные перегретые воды, разгружающиеся в виде пульсирующих источников и гейзеров.

Самый сложный вопрос — это источники воды в районах активного вулканизма. Современные модели предусматривают смешение двух ее источников — инфильтрационной и глубинной. Последнюю в течение долгого времени связывали с магматическими очагами. Однако такая точка зрения пришла в противоречие со многими гидрогеологическими данными и особенно изотопным составом воды. В результате большинство исследователей стали считать, что и глубинная часть воды тоже является инфильтрационной. В свою очередь, эта точка зрения вошла в противоречие с данными по тепловым параметрам геотермальных систем, для формирования которых требуются значительные количества высокотемпературного глубинного флюида. Выход из этого тупика, по современным воззрениям, видится в том, что большая часть глубинного флюида имеет не ювенильное (мантийное), а метаморфогенное (коровое) происхождение, т.е. изначально эта вода также является инфильтрационной, хотя и существенно измененной в ходе геологического круговорота. Вопрос о доле участия ювенильных вод в рассматриваемых системах остается, таким образом, открытым.