Геомагнитные исследования при изучении подводных вулканов островных дуг и окраинных морей западной части Тихого океана

Актуальность проблемы. Всестороннее изучение Мирового океана является одной из важнейших и насущных задач стоящих перед современной наукой. В комплексе решаемых проблем большое место принадлежит и геологическим наукам.

Изучение строения тихоокеанской зоны перехода представляет несомненный интерес, так как здесь в настоящее время происходят интенсивные геологические процессы, поверхностным проявлением которых являются высокая сейсмичность и современный вулканизм. Подавляющее большинство подводных гор Тихого океана расположено в его западной и северо-западной частях.

Особое место в ряду методов, применяемых сегодня для изучения подводного вулканизма, занимают геомагнитные исследования. Анализ карт аномального магнитного поля открывает путь к изучению внутреннего строения вулкана, его эволюции, определению возраста образования вулкана, характеристик слагающих его пород, тектоники районов исследования и к поиску новых подводных вулканов. Он также позволяет судить о природе проявлений подводной вулканической деятельности и рудообразовании в изученных регионах.

Цель работы — на основе современных технологий и интегрированного анализа данных геомагнитных исследований, эхолотного промера, непрерывного сейсмоа-кустического профилирования и геологического опробования изучить строение и эволюцию подводных вулканов островных дуг и окраинных морей западной части Тихого океана, определить формы, масштабы и продолжительность проявления подводной вулканической деятельности.

В соответствии с поставленной целью в процессе исследований выполнялось решение следующих задач:

— разработка и совершенствование методики комплексного изучения подводных вулканов;

— разработка технологии количественной интерпретации материалов модульной гидромагнитной съемки (ГМС) в комплексе с эхолотным промером, непрерывным сейсмоакустическим профилированием (НСП), анализом естественной остаточной намагниченности и химического состава драгированных горных пород;

— интерпретация оригинальных материалов геомагнитных исследований для изучения строения подводных вулканов и их эволюции;

— изучение особенностей, масштабов, формы и продолжительности проявления подводной вулканической деятельности в островных дугах и окраинных морях западной части Тихого океана.

Научная новизна. Впервые выполнены комплексные вулканологические исследования 125 подводных вулканов в западной части Тихого океана. Обнаружены современные подводные вулканы в Южно-Китайском море, островных дугах Керма-дек и Курильской.

Разработана эффективная технология количественной интерпретации материалов ГМС в комплексе с эхолотным промером, НСП и анализом естественной остаточной намагниченности и химического состава драгированных горных пород для изучения строения подводных вулканов, позволяющая проводить интерпретацию непосредственно по исходным данным, не прибегая к некорректной процедуре их предварительного восстановления в узлах регулярной сети.

В результате внедрения разработанной технологии получены качественно новые данные о строении подводных вулканов островных дуг западной части Тихого океана. Выделены отдельные лавовые потоки, лавовые пробки, вершинные кальдеры. В окраинных морях выявлены зоны трещинных подводных излияний. Прослежена эволюция ряда изолированных вулканов, вулканических массивов и групп, оценены масштабы, форма и продолжительность проявления подводной вулканической деятельности. Получены оригинальные данные о величинах естественной остаточной намагниченности и магнитной восприимчивости драгированных пород.

На основе интегрированного анализа данных комплексных геолого-геофизических исследований, выполненных в рейсах НИС «Вулканолог», большого числа литературных источников и материалов из сети Интернет, составлен «Каталог позднекайнозойских подводных вулканов Тихого океана», содержащий сведения о 316 подводных вулканах Qittp://www.kscnet.ni/ivs/grant/grant 04/catalogue.html), с которым сопряжены данные об объемах 124-х вулканов, оригинальные данные о намагниченности пород 23-х и сведения о химическом составе пород 83-х подводных вулканов. Создан web-сайт «Сравнительный анализ материалов геомагнитных исследований различных типов проявлений позднекайнозойского подводного вулканизма в Тихом океане» (http://www.kscnet.rii/ivs/grant/grantQ4/index.html).

Практическая значимость. Изложенные в работе результаты геомагнитных исследований подводных вулканов включены в отчеты по теме ГКНТ и ФЦП «Мировой океан», а также представлены в монографиях «Подводный вулканизм и зональность Курильской островной дуги» (1992), «Геотраверс Северо-Китайская равнина-Филиппинское море — Марианский желоб» (1992) и вошли составной частью в «Международный геолого-геофизический атлас Тихого океана» (2003).

Открытые в рейсах НИС «Вулканолог» современные подводные вулканы нанесены на различные навигационные карты и включены в различные каталоги.

Материалы ГМС, эхолотного промера и результатов геологического опробования, выполненные в пределах акватории Южных Курил, использованы Сахалинской геолого-разведочной экспедицией при составлении комплекта Государственной геологической карты масштаба 1:200 000 Курильской серии, о чем имеется акт о внедрении.

Данные ГМС переданы в Международный центр данных и Центр океанографических данных. Материалы ГМС, выполненной в районах Кермадек и Соломоновой островных дуг переданы новозеландским ученым и ученым Соломоновых островов, а проведенные на акваториях Южно-Китайского и Новогвинейского окраинных морей — соответственно ученым Вьетнама и Папуа-Новой Гвинеи. Результаты геомагнитных исследований, выполненных в районе острова Сан-Бенедикго и в ЦентральноАмериканском желобе, предоставлены мексиканским коллегам. Часть фактического материала, положенного в основу данной работы, передана в виде каталогов и карт для практического применения в ИЗМИРАН, СПбО ИЗМИР АН, ИМГиГ ДВО РАН, НИИГА, СТГЭ НПО «Севморгеология» и другие организации. Созданные каталог и web-сайт доступны широкому кругу пользователей.

Защищаемые положения.

1. Разработана эффективная технология количественной интерпретации материалов гидромагнитной съемки в комплексе с эхолотным промером, непрерывным сейсмоакустическим профилированием и анализом естественной остаточной намагниченности и химического состава драгированных горных пород, позволяющая проводить интерпретацию непосредственно по исходным данным, не прибегая к процедуре их предварительного восстановления в узлах регулярной сети.

2. Количественная интерпретация данных гидромагнитной съемки с помощью разработанной технологии обеспечивает выделение в пределах вулканических построек отдельных лавовых потоков, вершинных кальдер, лавовых пробок, а также дает возможность выявлять зоны трещинных излияний, оценивать масштабы, форму, продолжительность и, в ряде случаев, стадийность проявления подводной вулканической деятельности.

3. На основе интегрированного анализа данных комплексных геолого-геофизических исследований получена принципиально новая геолого-геофизическая информация о 316 подводных вулканах, включенных в «Каталог позднекайнозойских подводных вулканов Тихого океана», предоставляющая исследователям уникальные информационные возможности для изучения подводного вулканизма.

Личный вклад автора. В работе приводятся результаты, обработки данных ГМС, проведенной с борта ВИС «Вулканолог» в период 1977;1991 гг. в 19-ти вулканологических экспедициях, в 14-ти из которых автор принимал непосредственное участие в различных должностях: от инженера до начальника экспедиции. Он активно участвовал в строительстве ВИС «Вулканолог» и создании на его борту геомагнитной лаборатории. Руководил 23-м рейсом НИС «Вулканолог», в рамках которого были выполнены работы по международному проекту «Геотраверс Филиппинского моря». Автор принимал участие в открытии современных подводных вулканов в ЮжноКитайском море, островных дугах Кермадек и Курильской. При участии автора одному из гайотов Магеллановых гор Постановлением Правительства Российской Федерации от 26 февраля 2010 г. № 95 «О присвоении наименований географическим объектам в Тихом океане» присвоено официальное название «Вулканолог». Под руководством автора созданы «Каталог позднекайнозойских подводных вулканов Тихого океана» и web-сайт «Сравнительный анализ материалов геомагнитных исследований различных типов проявлений позднекайнозойского подводного вулканизма в Тихом океане».

Апробация работы. Результаты выполненных исследований и основные положения работы докладывались и обсуждались на 4-ом, 5-ом и 8-ом Всесоюзных семинарах «Фундаментальные проблемы морских электромагнитных зондирований».

Звенигород 1981, 1983 и 1990 гг.) — Международном симпозиуме «Строение и динамика переходных зон» (Сочи, 1983 г.) — 1-ой и 3-ей Тихоокеанских школах по морской геологии (Владивосток, 1983 и 1987 гг.) — на совещании «Гравитационные и магнитные поля Востока СССР и Тихого океана» (Хабаровск, 1983 г.) — 5-ом, 6-ом и 7-ом Всесоюзных вулканологических совещаниях (Тбилиси, 1980 г., Петропавловск-Камчатский, 1985 г., Иркутск, 1991 г.) — Всесоюзной конференции «Корреляция геофизических полей Мирового океана» (Звенигород, 1985 г.) — на 1-ом Советско-Вьетнамском семинаре «Молодой вулканизм на территории СРВ» (Хошимин, 1982 г.) — на 1-ой Конференции по геологии Индокитая (Хошимин, 1986 г.) — на 3-ем Советско-Китайском симпозиуме «Геология, геофизика, геохимия и минеральные ресурсы окраинных морей Тихого океана» (Владивосток, 1989 г.) — на 3-ем интернациональном совещании «Магнитные, электрические и электромагнитные методы в сейсмологии и вулканологии» (Москва, 2002 г.) — на международных конференциях «Современный вулканизм Курило-Камчатской, Японской и Алеутско-Аляскинской островных дуг» (Петропавловск-Камчатский, 1998 г.- Саппоро, 2006 г.- Анкорридж, 2009 г.), На 33-ей, 34-ой, 36-ой и 37-ой сессиях международного семинара «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» им. Д. Г. Успенского (Екатеринбург, 2006 г., Москва, 2007 и 2010 гг., Казань, 2009 г.) — на Международном симпозиуме «Проблемы эксплозивного вулканизма» (Петропавловск-Камчатский, 2006 г.) — на XVII и XVIII Международных научных конференциях по морской геологии (Москва, 2007, 2009 гг.) — на 3-ем Всероссийском Симпозиуме по вулканологии и палеовулканологии (Петропавловск-Камчатский, 2009 г.) и еще на ряде конференций и совещаний различного уровня.

Публикации. Автором лично и в соавторстве по теме диссертации опубликовано 154 работы, из них три главы — в монографиях и один лист карты, 39 статей — в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из «Введения», пяти глав, «Заключения», пяти приложений и содержит 240 страниц основного текста, включая 143 рисунка. Библиографический список включает 468 наименований.

Благодарности. Диссертационная работа выполнена под руководством д.г.-м.н., профессора Г. П. Авдейко с которым автор участвовал во многих рейсах НИС «Вулканолог» и которому, пользуясь случаем, выражает свою признательность.

Особую благодарность автор выражает своим коллегам по экспедициям д. г,-м.н. Н. И. Селиверстову и д.г.-м.н. А. В. Колоскову, а также д.г.-м.н. Д. М. Печерскому за критические замечания и ценные советы позволившие, улучшить работу.

Автор благодарит многочисленных коллег по экспедиционным исследованиям к.г.-м.н. В. И. Бондаренко, В. Н. Дубровского, В. А. Сергеева, к.г.-м.н. А. Н. Иваненко, к.г.-м.н. Г. П. Пономарева, Е. В. Попова, к.г.-м.н. О. Б. Селянгина, д.г.-м.н. А. Ю. Антонова, В. И. Гусеву, д.г.-м.н. Карпова Г. А., к.г.-м.н. А. И. Малиновского, В. А. Шкиру,.

A.П. Сазонова, к.г.-м.н. В. А. Абрамова, к.г.-м.н. В. М. Сугробова, Г. А. Акимова, к.г.-м.н. A.M. Надежного, к.г.-м.н. Ю. О. Егорова, к.г.-м.н. Т. Г. Чурикову, д.г.-м.н. А. А. Цветкова, Н. Г. Гладкова, B.C. Григорьева, И. А. Маркова, К. А. Скрипко, Г. А. Крайни-кова, к.г.-м.н. В. М. Округина, A.M. Округину, В. В. Ананьева, В. А. Казанцева, к.т.н.

B.А. Гаврилова за плодотворную совместную работу.

Искреннюю благодарность автор выражает своим соавторам д.ф.-м.н., профессору Ю. И. Блоху, к.т.н. А. А. Трусову, И. М. Романовой, А. А. Палуевой, П.С. Бабаян-цу, д.ф.-м.н. А. С. Долгалю, д.г.-м.н. Ю. Г. Гатинскому, к.г.-м.н. A.JI. Харитонову, д.г.-м.н. П. И. Федорову, к.г.-м.н. Ю. В Брусиловскому, д.г.-м.н. А. Г. Родникову, Л.П. За-баринской, к.ф.-м.н. Н. А. Сергеевой, к.г.-м. В. В. Матвеенкову, к.г.-м.н. С. В. Лукьянову, д.г.-м.н. А. В. Дубинину, к.г.-м.н. А. И. Абдурахманову, Л. П. Аникину, д.-г.м.н. Е. Г. Сидорову, к.г.-м.н. В. М. Ладыгину, д.г.-м.н. Г. А. Черкашеву, В. Е. Казаковой, Д. Р. Акмановой, П. Н. Новиковой.

Автор благодарен Т. П. Кирсановой, к.ф.-м.н. П. П. Фирстову, А. А. Овсянникову, Л. К. Шаруновой, Н. Ф. Марковой, З. А. Назаровой, д.пс.н. Е. Б. Весна, К.0. Шишка-новой, А. В. Мельниковой за консультации и помощь в различных вопросах.

Весьма полезными автор считает свои контакты с д.ф.-м.н. Т. В. Романюк, к.ф.-м.н. С. А. Тихоцким, д.г.-м. н. В. О. Михайловым, д.г.-м.н. Е. Г. Мирлиным, д.ф.м.н., профессором А. А. Никитиным, д.ф.м.н., профессором А. В. Петровым, д.ф.м.н. П. Н. Александровым, д.г.н. Г. В. Агаповой, к.г.н. Н. Н. Турко, д.г.-м.н. А. О. Мазаровичем, к.ф.-м.н. С. Ю. Соколовым, д.г.-м.н. И. В. Мелекесцевым, д.ф.-м.н. А. В. Викулиным, д.г.-м.н. Б. В. Ивановым, к.г.-м.н. И. Ф. Делеменем, д.т.н. В. И. Галуевым, к.т.н. Н. Н. Пимановой, чл.-корр. РАН В. И. Уткиным, д.г.-м.н. A.M. Городницким, к.г.-м.н. Б. В. Барановым, д.г.н. Е. В. Жулевой, к.т.н. A.M. Филиным, д.г.-м.н. Г. Н. Батуриным, д.г.-м.н. В. Д. Каминским, д.г.-м.н. С. И. Андреевым, к.г.-м.н. Г. Е. Кривицким, В. В. Любимовым, к.ф.-м.н. П. П. Лойтером, к.г.-м.н. В. Д. Соловьевым, д.ф.-м.н. И. Н. Корчагиным, академиком РАН Д. В. Рунквистом, д.г.-м.н. Е. П. Дубининым, д.ф.-м.н. А. А. Булычевым, академиком РАН Л. Н. Когарко, A.M. Асавиным, чл.-корр. РАН Г. Б. Удин-цевым, д.г.-м.н. Д. Е. Тетериным, к.г.-м.н. Г. И. Аносовым, д.г.-м.н. Р. Г. Кулиничем, к.ф.-м.н. А. В. Пугиным, к.т.н. А. А. Симановым, к.г.-м.н. С. Г. Бычковым, Л. А. Христенко, чл.-корр. РАН П. С. Мартышко, д.ф.м.н. В. Н. Кризским, д.ф.-м.н. 3.3. Арсану-каевым, В. П. Овчаруком, д.г.-м.н. Н. Б. Кузнецовым, д.г.-м.н. М. Д. Хуторским, д.г.-м.н. Б. Г. Поляком, д.ф.-м.н. С. М. Агаяном, к.ф.-м.н. Ш. Р. Богоутдиновым, д.г.-м.н. П. Ю. Плечовым, д.г.-м.н. М. Е. Мельниковым, д.г.-м.н. Ю. А. Мартыновым, к.г.-м.н. Е. В. Михайликом, чл.-корр. РАН Б. В. Левиным, к.г.н. В. Л. Ломтевым, д.ф.м.н. Д. Ф. Калининым, д.г.-м.н. В. Т. Дубинчуком, д.г.-м.н. Е. Г. Ожогиной, В. В. Васильевым, С. Г. Слоницкой, О. Б. Илариоиовой.

Светлую память автор хранит о профессоре, д.т.н. И. И. Гурвиче, чл. корр. АН СССР М. В. Муратове, д.г.-м.н. A.M. Карасике, к.ф.-м.н. В. М. Гордине, к.г.-м.н. Г. М. Гавриленко, В. А. Сологубе, д.г.-м.н. О. Н. Волынце, к.г.-м.н. А. П. Горшкове, к.ф.-м.н. В. Д. Феофилактове, Е. А. Сапожникове, В. В. Баснаке, к.г.-м.н. Л. В. Чертковой, И. М. Нуждине, д.г.-м.н. Л.М. Грамм-Осипове, к.г.-м.н. П. А. Строеве, к.г.-м.н. Р. Д. Родниковой, к.г.-м.н. Л. И. Аникеевой, к.г.н. А. П. Седове, д.г.-м.н. Л. А. Савостине, д.ф.-м.н. В. М. Новоселицком, к.г.-м.н. М. И. Зубине.

Основные выводы к главе 5.

1. Проведенные работы показали высокую эффективность применяемой на НИС «Вулканолог» методики комплексных вулканологических исследований при изучении подводных вулканов островных дуг и окраинных морей западной части Тихого океана.

2. Разработанная технология количественной интерпретации материалов ГМС в комплексе с эхолотным промером, НСП и анализом естественной остаточной намагниченности и химического состава драгированных горных пород, оказалась весьма эффективной для интерпретации материалов, полученных на нерегулярных редких сетях наблюдений.

3. В вулканологических экспедициях, получены материалы высокого класса, хорошо согласующиеся с данными отечественных и иностранных ученых.

4. Для решения задач систематизации оригинальных данных, полученных в экспедициях НИС «Вулканолог», создан «Каталог позднекайнозойских подводных вулканов Тихого океана», с которым сопряжены данные об объемах вулканических построек, намагниченности и химическом составе пород, слагающих эти постройки.

5. Интегрированный анализ имеющегося материала показал, что над 16.7% позднекайнозойских подводных вулканов Тихого океана отмечены отрицательные аномалии магнитного поля (АТ)а. Над 13% отмечены положительные аномалии с амплитудой до 100 нТл. По 10% составляют вулканы — с амплитудой 101−200 и 401−501 нТл. 34.5% подводных вулканов расположены в пределах Курильской, а 19% - в пределах Марианской островных дуг. У 29.5% вулканов вершины расположены на глубинах 0−200 м. 26% составляют вулканы с относительной высотой от 501 до 1000 м, а 41% — с размером основания от 5.1 до 10 км. На долю подводных вулканов, с объем построек от 1 до 50 км³ приходится 55.6%.

6. Для визуализации полученных в экспедициях НИС «Вулканолог» материалов создан web-сайт «Сравнительный анализ материалов геомагнитных исследований различных типов проявлений позднекайнозойского подводного вулканизма в Тихом океане» доступный широкому кругу пользователей сети Интернет.

Заключение

.

Применяемая на НИС «Вулканолог» методика проведения комплексных вулканологических исследований оказалась весьма эффективной и с успехом применялась для исследования различных типов проявления подводной вулканической деятельности в Тихом океане. В экспедициях на НИС «Вулканолог» получены материалы высокого качества.

Разработаная и удачно апробированая эффективная технология количественной интерпретации материалов ГМС в комплексе с эхолотным промером, НСП и анализом естественной остаточной намагниченности и химического состава драгированных горных пород, позволила проводить интерпретацию непосредственно по исходным данным, не прибегая к процедуре их предварительного восстановления в узлах регулярной сети.

Оригинальный фактический материал, собранный при проведении исследований в рейсах НИС «Вулканолог» существенно дополнил имеющиеся представления о подводном вулканизме Мирового океана и строении тихоокеанской зоны перехода.

Изучено строение отдельных подводных вулканов, вулканических массивов и зон в различных районах Тихого океана. Впервые выполнены комплексные вулканологические исследования 125 подводных вулканов в западной части Тихого океана. Обнаружены современные подводные вулканы в Южно-Китайском море, островных дугах Кермадек и Курильской.

При изучении подводных вулканов островных дуг выделены отдельные лавовые потоки, вершинные кальдеры, лавовые пробки. Сделаны предположения о местоположении подводящих каналов и магматических камер.

В окраинных морях выявлены зоны трещинных подводных излияний.

Оценены масштабы, форма, продолжительность и, в ряде случаев, стадийность проявления подводной вулканической деятельности.

Выявлены закономерности проявления подводного вулканизма в различных регионах западной части Тихого океана.

Составлен «Каталог позднекайнозойских подводных вулканов Тихого океана» и создан web-сайт «Сравнительный анализ материалов геомагнитных исследований различных типов проявлений позднекайнозойского подводного вулканизма в Тихом океане», являющийся в настоящее время единственной обобщающей работой по геомагнитным исследованиям подводных вулканов Тихого океана.

Подсчитаны объемы подводных вулканических построек, выполнены измерения естественной остаточной намагниченности драгированных образцов и приведены сведения о химическом составе пород, слагающих вулканические постройки.

Материалы выполненных исследований широко представлены как в научной литературе, так и в сети Интернет и предоставляют различным исследователям уникальные информационные возможности для изучения подводного вулканизма.