Распределение естественных радиоактивных элементов в твердых вулканитах и радиогенных газах из вулканов и гидротерм Камчатки и Курил

Андреев, Виктор Ильич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Распределение естественных радиоактивных элементов в твердых вулканитах и радиогенных газах из вулканов и гидротерм Камчатки и Курил
ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Распределение естественных радиоактивных элементов в твердых вулканитах и радиогенных газах из вулканов и гидротерм Камчатки и Курил"

На правах рукописи

АНДРЕЕВ ВИКТОР ИЛЬИЧ

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТВЕРДЫХ ВУЛКАНИТАХ И РАДИОГЕННЫХ ГАЗАХ ИЗ ВУЛКАНОВ И ГИДРОТЕРМ КАМЧАТКИ И КУРИЛ

25.00.04 - петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск - 2011

7 ДПР 2011

4841992

Работа выполнена в Учреждении Российской Академии наук Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Шарапов Виктор Николаевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Леснов Феликс Петрович

Защита состоится 26 апреля 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.067.03 при Учреждении РАН Институте геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН (в конференц-зале) по адресу: 630090, г. Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3, факс (8383) 333-27-92, (8383) 333-35-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН.

Автореферат разослан « » марта 2011 г. Ученый секретарь

доктор геолого-минералогических наук Кассандров Эрнест Григорьевич

Ведущая организация: Учреждение РАН Институт геохимии

им. А. П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск

диссертационного совета доктор геол.-мин. наук

О. М. Туркина

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ) имеют важное научное и практическое значение. В ряде стран атомные электростанции дают более 20% электроэнергии, энергетические установки на основе ЕРЭ используются в космосе; по вариациям содержания радиогенных газов в термальных источниках был дан прогноз Хайченского катастрофического землетрясения, произошедшего в Китае в феврале 1975 г.

Полученные при извержения Новых Толбачинских вулканов данные о содержании и распределении ЕРЭ в последовательно извергающихся вулканитах, показали активную миграцию ЕРЭ (урана, тория, калия) в процессе извержения. Исследование содержания ЕРЭ в породах вулканических фаций пород выявило заметные различия между ними. Цель работы - исследование закономерностей распределения естественных радиоактивных элементов в вулканитах различных фаций и фумарольных возгонах; исследование радиоактивного равновесия между материнскими и дочерними радионуклидами в породах действующих вулканов Камчатки. Исследование закономерностей изменения объемной активности радона (ОАЯл) в почвенном воздухе и в спонтанных газах термальных источников, приуроченных к действующим вулканам и районам сейсмотектонической активизации. Определение причин вариаций (ОАЯл). ..

Основные защищаемые положения.

1. В вулканогенных породах Камчатки содержание естественных радиоактивных элементов определяется двумя главными факторами: а) фракционированием магмы в питающих очагах, б) ретроградным кипением магм при извержениях.

2. Максимальные содержания и дисперсия распределения естественных радиоактивных элементов, присущие породам различных вулканогенных фаций, уменьшаются по мере дегазации расплавов.

3. Радиоактивное равновесие между материнскими и дочерними радиоизотопами в вулканогенных породах нарушается в процессе извержений. Наибольшие нарушения радиоактивного равновесия выявлены в минеральных новообразованиях подводных вулканов.

4. Объемная активность радона в спонтанных газах термальных источников и гамма-активность вмещающих пород существенно увеличиваются при сейсмотектонической активизации и извержениях вулканов.

Научная новизна работы

1) В первых порциях базитовых лав обнаружены микросгущения треков - "звездочки", с содержанием урана значительно выше фонового. Впервые установлена приуроченность аномалий ЕРЭ к определенным фациям изверженных пород; выявлено двукратное увеличение общего содержания ЕРЭ в ряду: некки - дайки - лавовые потоки - бомбы -шлаки, с изменением ТИ/и отношения в обратной последовательности.

2) Выявлены повышенные содержания ЕРЭ в измененных породах.

3) В породах различных вулканогенных фаций и в фумарольных возгонах наземных и подводных действующих вулканов обнаружено нарушение радиоактивного равновесия (226Яа/238и>1) и (22811а/232ТЬ >]). В минеральных новообразованиях подводного вулкана Пийпа (смеси барита, кальцита, ангидрита) впервые отмечено значимое отклонение от радиоактивного равновесия (22б1*а/238и и 228Яа/232ТЬ >»1);

4) В снежных покровах кальдеры действующего вулкана Карымский впервые обнаружена кратковременная (месяцы) аномалия, вызванная сейсмотектонической активизацией, где ОАИп превышала фоновую для снега на два порядка.

5) При мониторинге ОА11п в спонтанных газах термальных источников, приуроченных к действующим вулканам, впервые установлены существенные вариации, связанные с извержениями вулканов и сейсмотектонической активизацией их окрестностей;

6) При эманационной съемке в местах сейсмотектонической активизации выявлены зоны повышенной ОАЯп, связанные с увеличением эманационной способности и проницаемости пород в результате продолжающихся дислокаций.

Исходные материалы и личный вклад автора. Фактический материал для исследований ЕРЭ собран автором во время многолетних (19682008 гг.) работ на действующих вулканах Камчатки и Курил. Исследования ОАШ1 и гамма-активности проводились при работах на полигонах для испытаний специальной техники с ВНИИ ТРАНСМАШ (Ленинград), при геоэкологических исследованиях в районе г.г. Петропавловска - Камчатского и Северо - Курильска, при проведении учебных практик со студентами в Елизовском районе Камчатки. Систематические наблюдения и определения ОАКп при сейсмотектонической активизации на термальных источниках БТТИ и в районах извержений вулкана Карымского и кратера Токарева позволили выявить особенности и закономерности этих явлений. Практическая значимость и апробация работы. Результаты работ были использованы в 12 отчетах по научным проектам и договорным работам; в рекомендациях по оценке санитарно-экологического

состояния районов, в частности при обследовании руин маяка с ядерным источником на острове Парамушир, при разработке учебных курсов для подготовки студентов-геологов в Камчатском государственном университете имени Витуса Беринга. Основные результаты представленной работы изложены в 27 статьях, опубликованных в научных журналах и сборниках, в том числе иностранных. В журналах, определенных ВАК - 8 работ. По теме работы сделано более 30 докладов на Ученых советах и семинарах в Институте вулканологии и сейсмологии, и на тематических конференциях. В отчетных докладах с привлечением данных по радиоактивности, представленных в Институт вулканологии и ВНИИ ТРАНСМАШ автор был ответственным исполнителем. Некоторые данные были опубликованы в средствах массовой информации. Методы исследований. Для анализов неизмененных пород отбирались наиболее представительные образцы вулканитов различных фаций. При отборе минеральных новообразований по возможности исключались примеси постороннего и вмещающего материала. В общей сложности было отобрано и исследовано более 1 ООО проб.

Основным методом определения ЕРЭ был гамма-спектрометрический. Определения выполнялись в Аналитическом центре Института геологи и Минералогии СО РАН (г. Новосибирск). Нижний предел определения по урану и торию составлял 0.01 г/т. Сравнение результатов анализов с данными, полученными другими методами показывало удовлетворительную сходимость. Для определения уровня индуцированного деления урана-235 применялся метод треков, чувствительностью порядка 0.001 г/т. Точность анализов с учетом эффективности регистрации треков и определения величины интегрального потока тепловых нейтронов составляла около 20%. Высокая разрешающая способность метода позволяла определять распределение урана в пределах шлифов на площади порядка нескольких см2, при полей зрения площадью около 0.01 мм2 каждое. Треки индуцированного деления и235 регистрировались на детекторах из лавсана или слюды толщиной 30 мкм при увеличении до 90х. Распределение урана рассчитывалось по соотношению треков в пределах полей зрения. При интегральном потоке 5 1015 нейтрон/см2 1 трек = 1 условной единице, = 0.16 г/т. Этим методом исследовалось микрораспределение урана. Применение лазерного метода и метода запаздывающих нейтронов позволило выполнить прямое определение и238 и выявить отклонение от равновесия между ураном и радием, встречающееся в молодых (<10 тыс. лет) изверженных породах и минеральных новообразованиях, например в фумарольных возгонах.

Точность и чувствительность использованных методов анализа позволила определять содержания ЕРЭ на уровне 0.01 г/т, а также сопоставить данные различных методов.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 127 страниц текста, 20 рисунков, 24 таблицы, библиографию 164 названия, состоит из общей части, четырех глав и заключения. В общей части изложены главные аспекты работы: актуальность, цель, защищаемые положения, научная новизна, практическая значимость, исходные материалы, методика. В первой главе сделан исторический обзор изучения радиоактивности вулканогенных пород и фумарольных газов островных дуг Курило-Камчатского региона в сравнении с подобными аналогами. Во второй главе показано расположение объектов исследований и распределение естественных радиоактивных элементов в вулканогенных образованиях на микро- и макроуровне. В третьей главе исследовано нарушение равновесия между материнскими и дочерними изотопами радионуклидов в вулканических породах и минеральных новообразованиях. В четвертой главе приведены результаты радиометрических и эманационных измерений в районах действующих вулканов, гидротермальных систем и потенциально опасных мест. В заключение приведены краткие выводы с акцентом на защищаемые положения.

Выражаю благодарность докторам геолого-минералогических наук: научному руководителю В.Н. Шарапову, куратору работы Г.А. Карпову, И. А. Калугину за техническую и интеллектуальную помощь; к.г-м н.: В.Л. Леонову, А. Н. Рогозину, О. Ф. Кардановой, А. Р. Дуниной-Барковской, A.B. Андрееву за постоянное участие и помощь.

Глава I. КРАТКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ РАДИОАКТИВНОСТИ ПРОДУКТОВ СОВРЕМЕННОГО ВУЛКАНИЗМА

Радиоактивность открыта Беккерелем в 1896 г., а в 1908 г. австрийский ученый Джоли впервые исследовал радиоактивность лав. В России первым оценил значение радиоактивности горных пород В. И. Вернадский, организовавший радиевую экспедицию в 1911 г. В СССР работы по изучению радиоактивности были продолжены. Среди отечественных ученых, исследовавших радиоактивность горных пород и радиогенных газов известны: А. П. Виноградов, В. В. Чердынцев, Б. Г. Хлопин, Н. А. Титаева и многие другие.

На Камчатке первые исследования радиогенных газов сделаны H.H. Шавровой в 1936 г. на побочных прорывах Ключевского вулкана, возникших в 1932 г. В 50-60 гг. она определила содержания радия и тория в изверженных породах камчатских и курильских вулканов

(Шаврова, 1937, 1958, 1961). Крупное исследование вулканогенных пород и радиогенных газов камчатских и курильских вулканов принадлежит В. В.Чердынцеву (1973), обобщившему данные по радиоактивности пород активных наземных и подводных вулканов Мира. Ряд работ по радиоактивности камчатских и курильских вулканитов выполнили J1.JI. Леонова и Н.И.Удальцова, определившие низкие и почти одинаковые содержания ЕРЭ в исследованных курильских и камчатских вулканитах, (Леонова, Удальцова, 1974).

С.И. Набоко и С.Ф. Главатских (1983) обнаружили ураганные содержания ЕРЭ в метасоматитах одной из фумарол - Ядовитой, на возникших в 1975 г. Новых Толбачинских вулканах. Измененные породы, преимущественно фторметасоматиты, содержали на три порядка больше ЕРЭ по сравнению с вмещающими базальтами.

Усовершенствование методики отбора радиогенных газов и новая интерпретация данных были предложены Ю.В. Адамчуком с соавторами, установившими, что содержание ЕРЭ определяется в значительной мере коровыми источниками (Адамчук, Карпов, 1986).

H.A. Титаева с соавторами изучила содержание и распределение ЕРЭ в породах ряда камчатских вулканов, показала избыток радия, не подкрепленного материнским изотопом урана в молодых вулканитах и обосновала эманационный тип дифференциации (Титаева, 2000, 2005). Ю.М.Пузанков исследовал разновидности магматических, метаморфических и осадочных пород, создал общую сводку, показывающую региональные особенности геохимии пород Камчатки и сделал количественные оценки теплового потока земной коры Камчатки в связи с известным содержанием и тепловыделением ЕРЭ. Он констатировал пониженную радиоактивность и низкое торий-урановое отношение значительной части камчатских вулканитов в сравнении с континентальными породами. Данные Пузанкова согласуются с данными ведущих специалистов (Чердынцева, Адамчука, Титаевой и др.) и являются основой сводки радиоактивности большинства курило-камчатских вулканитов (Пузанков и др. 1977). Наши данные дополняют эту сводку (Андреев 1979, Андреев и др. 1998, 2001,2004, 2005, 2010).

Особенности распределения ЕРЭ в вулканитах островных дуг.

Вулканические островные дуги (ОД) прерывистым кольцом опоясывают северную и западную Тихоокеанские окраины. В предыдущие геологические эпохи ОД активно формировались почти по всей территории Земли, например, вокруг Сибирского кратона (Гордиенко, 2009). Рассмотрим важнейшие геолого-структурные

особенности строения ОД, а также распределения ЕРЭ в слагающих их вулканитах.

Вулканиты островных дуг в районах Jlay, Тонга, Марианского и Кюсю-Палау возникли на коре океанического типа и относятся к толеитовой серии. Они характеризуются низкими содержаниями U (0.07- 0.55 г/т), низкими значениями Th/U (< 2) и повышенными значениями K/U. Курило-Камчатская, Японская и Новозеландская островные дуги заложились на коре континентального типа. Слагающие их вулканиты отличаются более высокими содержаниями ЕРЭ, при этом значения Th/U в них сильно варьируют и иногда достигают сравнительно больших величин, а средние значения K/U в этих вулканитах низкие (Житков, 1990). По содержанию и соотношению ЕРЭ вулканиты Японской и Новозеландской островных дуг близки к вулканитам внутриконтинентальных вулканогенных структур. Высокие значения K/U в меловых и современных лавах Курило-Камчатской островной дуги свидетельствуют об её эпиокеанической природе. Предположительно источником островодужных магм с подобными геохимическими характеристиками являются высоко метамор-физованные магматические породы и осадки древней океанической коры (Житков, 1990). К близким выводам о распределении ЕРЭ, как индикаторов при определении типов коры, формирующейся в основании и обрамлении активных окраин, пришли Ю. М. Пузанков и Ю. М. Стефанов (2004). В зоне Таупо, где развиты плейстоценовые и современные вулканиты базальт-андезит-риолитовой формации, они обнаружили наиболее высокие содержания ЕРЭ и повышенные значения Th/U, которые соответствуют континентальной коре. В свою очередь, вулканиты островов Маколи, Рауль и других на севере дуги Кермадек и некоторых островов дуги Тонга характеризуются наиболее низкими содержаниями ЕРЭ и Th/U (обычно < 2), что указывает на присутствие в Тихоокеанской окраине фундамента океанического типа. Резюмируя представления вышеназванных исследователей, можно предполагать наличие двух типов островных дуг, вулканиты которых различаются по геохимическим характеристикам. Первый тип вулканитов ОД, формировался на коре океанического типа, характеризуется пониженными содержаниями ЕРЭ, небольшими, обычно <2, значениями Th/U и высокими значениями K/U. Второй тип дуг, сформированных на коре субконтинентального типа, отличается более высокими содержаниями ЕРЭ, а также большими значениями Th/U и пониженными значениями K/U.

Курило-Камчатская островная дуга, как и прочие типичные ОД, в геотектоническом отношении стандартна и состоит из трех продольных

зон: фронтальной, промежуточной и тыловой. Для Курило-Камчатской ОД механизм смещения последовательно омолаживающихся геосинклинальных формаций и образования зон или поясов был предложен Г. П. Авдейко (2006). По данным В. И. Федорченко и др. (1989) заложение Курило-Камчатской ОД произошло в раннем миоцене. По более поздним данным с конца олигоцена в пределах Камчатки и Курил существовала система из двух дуг - Срединно-Камчатской и Южно-Камчатско-Курильской, разделенных трансформными разломами на стыке с Алеутской дугой. Южнее этого стыка система формировалась субдукцией Тихоокеанской плиты, а севернее -субдукцией Командорской плиты (Авдейко и др., 2006). Эти дуги маркируются современными и потухшими вулканами с комплексами вулканических пород.

Сейсмофокальная зона Курило-Камчатской ОД была выделена ранее по сейсмической активности. Сейсмические данные подтвердили наличие падающей под континент сейсмофокальной зоны, прослеживающейся до глубины порядка 500 км. При этом положение об однотипности реологического и тектонического механизма очагов землетрясений на разных горизонтах литосферы и мантии: не принимается безоговорочно (Шарапов и др., 1984). Эта зона представляет собой кровлю океанической плиты, поддвигающейся под континентальную кору Камчатки. Имеются также представления о том, что расчленение Курило-Камчатской сейсмофокальной зоны в продольном сечении на разноранговые элементы поперечными и продольными дислокациями связано с более глубинными источниками энергии (Шарапов и др. 1992). Существуют и другие представления о плейт-мобилгоме, объясняющие современное состояние и динамику морфоструктур Земли её расширением (Антонов, 2008). С другой стороны желоба островных дуг открыты для лавинной седиментации и могут рассматриваться в качестве современных геосинклиналей (Ковалев, 1986). Курило-Камчатская островная дуга, включающая Курильские острова и Восточную половину Камчатки с границей, проходящей по восточному подножью Срединного хребта, представляет собой три протяженных зоны с молодыми и активными фронтальными и более старыми тыловыми зонами, в которых активность вулканизма и состав вулканогенных пород заметно отличаются от таковых во фронтальных зонах.

В составе вулканитов, распространенных в разных зонах Курило-Камчатской ОД, ранее установлено закономерное увеличение щелочности с востока на запад (Набоко, 1963; Апрелков, 1971). Позже Ю.М. Пузанков и др. (1991) показали, что содержание ЕРЭ в

петрохимически сравнимых вулканитах близки и не зависит от положения центров извержений относительно фронта островной дуги. Поперечная зональность ОД выражена в преобладании петрохимического и радиохимического типов эффузивов: толеитовых низко радиоактивных - во фронтальной и известково-щелочных и более радиоактивных - в тыловой зоне. Продольная радиогеохимическая зональность Курило-Камчатской дуги выражается в росте торий-урановых отношений от Северных Курильских островов к Южным.

Удельные массы ЕРЭ в островодужных вулканитах и торий-урановые отношения возрастают от Восточной Камчатки к Северным, Центральным и далее к Южным Курильским островам и к о. Хоккайдо при близких количествах калия. Вариации урана и тория сопряжены с направлением от океана к окраинному морю и накоплением суммы щелочей, в основном за счет калия, что приводит к росту удельных масс ЕРЭ в изверженных породах тыловой зоны. Предполагается, что содержание ЕРЭ в магматических образованиях возрастает пропорционально сложности строения фундамента. На распределение вулканических пород с различной концентрацией ЕРЭ вдоль Курильской гряды, видимо, повлияло более высокое положение мантийного диапира на юге региона по сравнению с северным флангом островной дуги, которое энергетически обеспечивало плавление корового субстрата и поглощение его мантийным материалом. Накопление ЕРЭ в островодужных вулканитах, имеющих в основе мантийный источник, видимо, является гетерогенным процессом, который включает мантийную и короную составляющие, различающиеся в разных регионах (Пузанков и др. 1990).

Уровень накопления ЕРЭ в породах близких петрохимических типов, развитых в пределах Курильской гряды, сопоставим с таковым для Восточной Камчатки и Северо-Восточного Хоккайдо, однако параметр ТЬ/и имеет промежуточные значения между этими регионами. Нарастание ЕРЭ в вулканитах тыловой зоны сопряжено с увеличением щелочности лав и, возможно, связано с углублением магматических очагов, развитие которых обусловлено взаимодействием гетерогенных субстратов и глубинных флюидных потоков над сейсмофокальной зоной. Приложение полученных данных к палеовулканическим принципам дает возможность реконструировать морфологию вулканических зон и особенности магмообразования, влияющие на формирование протогенного радиохимического фона (Пузанков и др., 1991).

Глава 2. РАДИОНУКЛИДЫ В ВУЛКАНИТАХ КАМЧАТКИ И КУРИЛЬСКИХ ОСТРОВОВ

Содержание урана в исследованных вулканитах Курило-Камчтского региона, преимущественно базальтах, близко к его средним значениям в земной коре, тория приблизительно втрое меньше, поэтому ТЬ/и низкие, свойственные камчатским вулканитам и подобным породам ОД. В субщелочных разновидностях (К ~2 % вес) содержится до 4 г/т и+ТИ, в базальтах нормальной щелочности (К ~ 1,1 вес %) в пределах 1,5 г/т и+ТЬ, ТЬ/и - в пределах 1,5. Лишь в субщелочных базальтах щитообразного вулкана Большая Ипелька при содержании ЕРЭ до 3,5 г/т, ТЬ/и повышено до 3,6. Полученные содержания и, ТИ, К (Андреев и др., 1979, 1985, 2001, 2004, 2010) сходны с получеными В. В. Чердынцевым (1973), Н. А. Титаевой, (2000) и Ю. М. Пузанковым (1977). Расположение исследованных нами объектов показано на рис. 1.

Содержания ЕРЭ были определены в породах современных вулканов Камчатки, в том числе изверженных в 1975 -1976 гг. во время Большого трещинного Толбачинского извержения (БТТИ); вулкана Карымский и кратера Токарева изверггавшихся в 1996 г., в минеральных новообразованиях, отлагающихся у фумарол и термальных источников Восточного вулканического пояса Камчатки и

Рис. 1. Схема расположения объектов исследований. Вулканы: 1 - Асача; 2 - Мутновский; 3 -Большая Ипелька; 4 - Академии Наук; 5 - Карымский; 6 - Малый Семячик; 7 - Кихпиныч; 8 -Крашенинникова; 9 - вулканы Гамченского ряда; 10 - Ключевская группа вулканов; 11 - подводный вулкан Пийпа; 12 - скважина глубиной 2,5 км у восточного подножья вулкана Эбеко, (о. Парамушир); 13 - скважина глубиной 1,2 км на гидротермальных полях вулкана Баранского, остров Итуруп; 14 -долина р. Быстрой; 15 — долина р. Паратунка, пос. Сосновка

скважина

подводного вулкана Пийпа (более 1000 проб). Рассмотрим особенности распределения ЕРЭ в исследованных вулканитах.

При остывании лавы возникали трещины, через которые выдавливались внутренние части лавовых потоков, формируя эллипсовидные образования-«выжимки» (рис 2). Локализованные выходы газа с Т до 1300°С выносили капельки расплава, слагающие небольшие конуса - горнитосы (рис. 3). Размеры выжимок и конусов-горнитосов обычно не превышали 1,5 м.

Эти вулканические образования подвергались наиболее интенсивному газотермальному воздействию, дегазации и выносу ряда элементов, в том числе ЕРЭ. Извергающаяся лава активно дегазировалась. Поствулканическая деятельность, с выделением высокотемпературных (>200°С) фумарольных газов на Южном и Северных прорывах БТТИ сохраняется в течение 33 лет, вплоть до настоящего времени. Были определены содержания ЕРЭ в изверженных породах, фумарольных возгонах, минеральных новообразованиях, и объемная активность радона (OARn) в вулканических газах (Андреев, 1979, Андреев и др. 2007).Установлена значительная неравномерность распределения ЕРЭ. В начале извержения Южного прорыва БТТИ до 20% урана было сосредоточено в концентрированных сгущениях ("звездочках") в истоках лавовых потоков (рис. 4 а, б). По мере движения и дегазации этих потоков, продолжавшихся до одного месяца, сгущения рассеивались, и содержание урана уменьшалось.

Исследование содержания ЕРЭ в породах различных фаций, чаще всего представленных базальтами (более 400 проб), показало, что среди пород, не подвергшихся вторичным изменениям, среднее содержание U, Th и К возрастает примерно в 2 раза в ряду: некки - дайки - лавовые потоки - эксплозивные породы (Андреев, Пузанков, 1992). Отношение Th/U при этом неравномерно уменьшается. Содержание ЕРЭ в наиболее чистых минеральных новообразованиях (гейзериты, хлориды, сульфаты) низкое (U+Th < 1 г/т), при этом Th < U, а значения Th/U не превышают 0.5.

Рис. 2. Схема «выжимки» лавы из средней части потока и < 1 г/т.

Рис. 3. Схема строения горнитоса. Стрелками показано движение газа с каплями лавы, слагающими конус горнитоса и < 1 г/т.

Рис. 4. Треки индуцированного деления 235и на детекторах из лавсана, увеличение х 90; а) («звездочки») - плотное II» 1 г/т, б) - рассеянное и > 1 г/т.

Другие измененные породы (фториды, метасоматиты, пропилиты) представлены смесями различных минеральных новообразований. Они могут быть разделены по преобладанию какого-то одного вида изменений и новообразований. Содержание ЕРЭ и значения ТЬ/и в этих новообразованиях заметно выше. Высокие содержания ЕРЭ установлены в пропилитизированных породах из керна скважин и из штолен у подножья вулкана Асача с глубин 20-400 м. Среднее - 10.9 г/т. Гамма-активность жерловых фаций шлаколавовых конусов Толбачинского дола, возраст которых более 1 тысячи лет (Брайцева, Мелекесцев, 1989), как правило, не превышает 4-6 мкР/ч, что на 15-30% ниже, чем в неизмененных шлаках и лавах, извергнутых подобными современными конусами и не подвергшихся вторичным изменениям.

Как показано на гистограмме (рис. 5), содержания урана в камчатских вулканитах соответствует континентальному типу коры, а значения 7Ъ/и в неизмененных породах соответствуют образованиям вулканических островных дуг. Было также определено, что при наложении вторичных процессов резко увеличивается диапазон содержаний и соотношений ЕРЭ.

Выветривание наиболее интенсивно проявляется в измененных породах, что хорошо видно по преимущественному освоению пионерной растительностью жерловых фаций, подвергавшихся ранее активной газотермальной проработке и гидротермальным изменениям, (Андреев и др., 2003, 2007).

В водах, приуроченных к действующим вулканам, содержание урана составляет от 10"8 до 10"4 г/л - максимальные значения отмечены в ультракислых термальных водах кратера Троицкого (вулкан Малый Семячик), что близко к его концентрации в рудничных водах зон урановой минерализации (Баранов, Титаева, 1973).

Рис. 5. Гистограммы распределения содержаний и, ТЪ (г/т) и К (вес.%) и отношения ТЬ/и в вулканитах Камчатки (по оси X - типы пород); п - количество проб (спектрометрический метод, ИГМ СО РАН).

а) Неизмененные породы:/ - некки (п = 9); 2 - дайки (п = 106); 3 - лавовые потоки (п = 24); 4 - бомбы (п = 57); 5 - шлаки (п = 19); Х5 - все неизмененные породы (п = 235).

б) Измененные породы и новообразования: / -новообразования (п = 9); 2 -жерловая фация, (п = 14); 3 - жерло-вая фация с наложенным вывет-риваиием (п = 13); 4 - измененные породы (пропилиты) с глубины 20 - 400 м (п = 15); 5 -гидротермально измененные породы вулкана Кихпиныч (п = 18); 6 - гидротермально измененные породы с наложенным выветриванием (п = 4); Х6 -все измененные породы и новообразования (п = 73).

Глава 3. РАДИОАКТИВНОЕ РАВНОВЕСИЕ МЕЖДУ МАТЕРИНСКИМИ И ДОЧЕРНИМИ РАДИОИЗОТОПАМИ

Радиоактивное равновесие в рядах распада в общем случае определяется соотношением N,/^1 = М2Д,2, где N1- число атомов материнского изотопа, X] - константа распада материнского изотопа, N2 - число атомов дочернего изотопа, Х2- константа распада дочернего изотопа (Титаева, 2000).

Проведенные нами исследования распределения ЕРЭ в современных изверженных породах вулкана Карымский, кратера Токарева (1996 г.), Новых Толбачинских вулканов (1975-76 гг.), в фумарольных возгонах (минеральных новообразованиях) этих и некоторых других действующих вулканов Камчатки показали, что обычно реализуется соотношение: Г1а > и > ТЬ = К. В значительной части вулканитов обнаружен избыток радия, не подкрепленный ураном.

В ксенолитах мел-палеогеновых песчаников и сланцев из вулканитов БТТИ уран и радий находятся в равновесных количествах. В свежей лавовой корочке, обволакивающей эти ксенолиты, наблюдался трехкратный избыток радия, а в пемзовых ксенолитах со следами вторичных изменений, вынесенных при извержении кратера Токарева, избыток радия превышал трехкратный уровень.

В современных минеральных новообразованиях (сульфатах,

гейзеритах, породах с примесью хлоридов) также обнаружен избыток радия, превышающий равновесное состояние более чем в два раза. В измененных породах с примесью фторидов был зафиксирован шестикратный избыток радия (Андреев и др., 1985). Наибольшая неравновесность (226Ra/238U и 228Ra/232Th) была обнаружена в современных фумарольных возгонах - барите, гипсе, ангидрите подводного вулкана Пийпа (Андреев и др., 2001, 2004)

Предполагается, что накопление Ra-содержащих минералов происходит в процессе образования собственного RaS04 и при изоморфном замещении Ва в барите (Краснов, 1995). Видимо, в баритах подводного вулкана Пийпа происходит именно изоморфное замещение бария радием и образование радиобарита, концентрирующего и консервирующего радий (Титаева, 2000). В камчатских вулканитах нарушение радиоактивного равновесия между 238U и 226Ra отмечалось Н. А.Титаевой и др. (1977). Избыток радия был выявлен в андезитовых лавах о. Кюсю, в молодых базальтовых лавах Гавайских островов (Hutuda Zinitro et al., 1967), а также в вулканитах Этны, Стромболи и особенно Везувия, где значение 226Ra/238U достигает 10 (Кортини Массимо, 1988). Возможно подобное обогащением происходит в процессе образования магмы, дифференциации расплава и в ходе извержения (Capaldi G. et al. 1976). Избыток радия может быть индикатором равновесия между расплавом и твердым матриксом (Condomines et al. 1988), поскольку реальная скорость транспортировки расплава превышает предсказанные модельные значения (Rubin, 1988). Можно заключить, что накопление ЕРЭ и сдвиг радиоактивного равновесия (226Ra/238U »1) происходят в периферических магматических очагах (Андреев и др. 2001). Ураганная концентрация радия в минеральных новообразованиях подводного вулкана Пийпа на глубине -500 м сопоставима с эпитермальными месторождениями ЕРЭ на суше, оптимальными условиями для которых считаются глубина около 250 м и Т около 150°С (Смыслов, 1975). При этом смещение радиоактивного равновесия соответствует параметрам эманирующего коллектора.

Глава 4. РАДИОАКТИВНОСТЬ И ОБЪЕМНАЯ АКТИВНОСТЬ РАДОНА

Измерения интегральной гамма активности - (у) и объемной активности радона OARn проводились в районе геотермальных полей БТТИ, возникших в 1975-76 гг., в кальдерах Карымской и Академии Наук, активизировавшихся в 1996 г., и в районах активных дислокаций:

Паратунского грабена у поселка Сосновка и Центрального разлома, в долине реки Быстрой около поселка Эссо.

Повышенные значения у зафиксированы: 1) в кратере Карымского вулкана в межпараксизмальный период весной 1989 г - 14 мкР/ч, при обычной величине у на лавовых потоках в пределах 9 мкР/ч; 2) в кратере Токарева в марте 1996 г., через два месяца после извержения -39 мкР/ч, в последующие годы - в пределах 7 мкР/ч; 3) на микрограбене между 1 и 2 конусами БТТИ осенью 2006 г. - 20 мкР/ч, при обычной у на современных лавовых потоках Северного прорыва БТТИ не более 8 мкР/ч. Измерения в районе Новых Толбачинских вулканов показали плавное снижение Т °С и ОАЯп спонтанных газов всех высокотемпературных фумарол после окончания извержения 1975-76 гг. при сохранении сравнительно высокой ОАКп в местах дислокаций толщ вулканогенных пород.

!..............,8ооИ|:...........................:;;.........................::;.................................................................................................... : 7- обобщенный

график распределения значений ОАЯп

источников в кальдере Академии Наук с начала извержения в 1996 г. по 2006 г.

Исследования районов вулкана Карымского и кратера Токарева

выявили наибольшую ОАЯп в спонтанных газах, из приуроченных к этим вулканам термальных источников, возникших или активизировавшихся в начале извержений 1996 г. Отмечено постепенное понижение этого параметра по мере ослабления или прекращения процесса извержений (Андреев и др. 2003, 2007).

Нарушением тенденции было прекращение деятельности самого мощного Карымскиого источника, ОАЯп которого до последнего извержения Карымского вулкана при средних значениях в первые эманы достигало 8,5 эман - >104 Бк/м3 (Хренов и др. 1982) (рис. 7). Причиной прекращения деятельности этого источника была интенсивная сейсмотектоническая активность, перекрывшая глубинный приток газа с повышенными эманациями радона.

Еще одним следствием сейсмотектоники района Карымских источников было кратковременное (меньше года) увеличение ОАЯп на 3-4 порядка (до 104Бк/м3) в снежной толще на профиле длиной 2 км.

1985 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Замеры в снежной толще были сделаны 1-5 мая 1996 г.

В термальных источниках, расположенных в кальдере Академии Наук у берегов Карымского озера, проявилась сходная тенденция. В спонтанном газе термальных источников зафиксированы высокие значения ОАЯп, снизившиеся в 3-4 раза в течение нескольких месяцев. Через 6-7 лет большая часть возникших источников прекратила свою деятельность и общая ОАЯп значительно снизилась (Рис 8).

Рис. 8. Среднее ОАКл Карымских термальных источников за 10 лет, включая начало извержения.

Вариации ОАКл

в связи с извержением в двух группах термальных источников схожи. Вначале, в преддверии извержения - резкое увеличение ОАЯп, затем плавное, иногда прерывистое уменьшение этого параметра. Гамма активность возрастает в момент извержения, затем сравнительно быстро опускается и остается на низком уровне с небольшими колебаниями.

При постоянном поступлении и сорбции радона гамма активность возрастает и показывает продолжающиеся эманации радона. При радиометрической и эманационной съемке в зонах активных разломов Паратунского грабена у поселка Сосновка и Центрального разлома у поселка Эссо обнаружены участки повышенной ОА11п до 5 кБк/м3, связанные, вероятно, с расположенными на некоторой глубине эманирующими коллекторами. Заметные вариации ОАЯп, выявленные в результате работ, обусловлены дислокациями, периодически влияющими на эманационную способность и проницаемость вмещающих грунтов. Гамма активность участков низкая: у окраины Сосновки - до 6 мкР/ч, в окрестностях Эссо до 8 мкР/ч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) По результатам изучения продуктов современного вулканизма Камчатки и Курильских островов, обычно концентрация ЕРЭ в вулканитах коррелируется с содержанием калия, что согласуется с данными предшествующих исследователей. Наглядным примером подобной корреляции являются субщелочные базальты вулкана

Толбачик, и андезидациты Карымского вулкана, близкие по содержанию калия и ЕРЭ.

2) Низкие значения Th/U и высокие значения Ra/U в излившихся породах и в гидротермальных новообразованиях - показатель активного флюидного и эманационного переноса ЕРЭ. Одним из важных факторов, определяющих соотношения тория, урана и радия, то есть Ra > U > Th, может быть особенность строения питающей системы вулканов, а именно близповерхностные периферические магматические очаги.

3) Образование субмикроскопических скоплений урана, как и рост мегакристаллов плагиоклаза, происходят еще в периферических очагах. При быстрой закалке расплава часть микросгущений урана способна сохраниться, при медленном остывании и дегазации лавы эти аномалии рассеиваются, а общая концентрация U в продуктах извержения уменьшается.

4) В процессе извержений радиоактивное равновесие в рядах распада нарушается в пользу дочерних изотопов. Локализованные выходы фумарольных газов подводных вулканов на глубинах порядка 500 м могут формировать минеральные новообразования с высоким содержанием радия. В условиях суши подобные образования соответствуют эпитермальным месторождениям на глубинах порядка 250 м и могут быть эманирующими коллекторами.

5) Извержения вулканов, активная фумарольная и сейсмотектоническая деятельность вызывают многократное увеличение значения OARn, реагирующего на изменения фумарольной и сейсмотектонической обстановки. Данный параметр может быть использован в качестве предвестника извержений и землетрясений. Гамма- активность вулканитов более инертна, и ее заметные изменения проявляются обычно менее отчетливо по сравнению с изменениями OARn.

6) Полученные данные позволяют определить общую тенденцию в поведении радионуклидов (U, Th, К и радиогенных газов) в вулканическом процессе: резкое возрастание содержаний и отклонений от равновесия во время сейсмотектонической активизации и извержения с последующим плавным, реже прерывистым снижением содержаний ЕРЭ и достижением равновесного соотношения радиоизотопов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Андреев В.И. Распределение урана в вулканических продуктах Большого трещинного Толбачинского извержения.// Вулканология и сейсмология, 1979, № 6. С. 54-61.

2. Андреев В.И., Литасов Н.Е. Особенности распределения радиоактивных элементов в вулканитах Гамченского ряда вулканов. — В кн.: Современный вулканизм и связанные с ним геологические, геофизические и геохимические явления. Тбилиси, 1980, С. 117-118.

3 Андреев В.И., Jlumacoe Н.Е, Пузанков Ю.М. Радиоактивность пород базальт-дацитовой и андезитовой формаций Гамченской вулкано-тектонической структуры. - Вулканология и сейсмология, 1985, № 2, С. 27-49.

4 Андреев В.И., Округин В.М., Пономарев Г.П., и др. Радиоактивность субвулканических и эффузивных пород Толбачинских вулканов // Вулканизм и связанные с ним процессы. Петропавловск-Камчатский, 1985, С. 128-130.

5 Андреев В.И., Рычагов С.Н., Пузанков Ю.М. радиоактивные элементы (U, Th, К) в структуре вулкано-гидротермальной системы Баранского (о. Итуруп): содержания, закономерности распределения // Минерало-рудообразование в вулкано-гидротермальных системах островных дуг (Камчатка, Курильские и Японские острова). Материалы Российско-Японского семинара. Петропавловск-Камчатский, 1998. С. 177-182.

6 Andreev V.l., Karpov G.A. Content of Radioactive Elements (U, Th and Ra) in Recent Volcanogenetic Roks as the indicator of Their Genesis and Evolution of Magmatic Chamber // The 4 th International Conference on Environmental Radioactivity in the Arctic. Edinburgh Scotland 20-23 September, 1999. P. 325-341.

7 Андреев В.И., Карпов Г.А., Пузанков Ю.М., и др. Распределение радиоактивных элементов в породах некоторых действующих вулканов Камчатки // Вулканология и сейсмология. 2001. № 1.С. 39-48.

8 Андреев В.И., Делемень И.Ф. Опыт изучения пространственно-временной изменчивости поля радона на юго-восточном фланге Карымского вулкана в мае 1996 г.// Вулканология и сейсмология, 2002. № 6. С. 36-41.

9 Андреев В.И., Карпов Г.Л., Магусъкин М.А., и др. О влиянии извержений в кальдере Академии Наук и вулкана Карымский на окружающую среду. // Вестник Краунц. 2003. № 1. С. 60-74.

10 Андреев В.И., Пузанков Ю.М., Бобров В.А., и др. Радионуклиды в гидротермальных отложениях подводного вулкана Пийпа (Берингово море) // Вулканология и сейсмология. 2004. № 1. С. 39-45.

11 Андреев В.И., Карпов Г.А. Радон в спонтанных газах гидротермально-магматической системы кальдеры Академии Наук // Материалы конференции, посвященной Дню вулканолога, 30 марта - 1 апреля 2005 г. Петропавловск-Камчатский. 2005 С. 47-53.

12 Андреев В.И. Объемная активность радона в спонтанных газах Карымских гидротермальных источников в 1996 - 2005 гг.// Материалы международного симпозиума "Проблемы эксплозивного вулканизма" к 50 - летию катастрофического извержения вулкана Безымянный. Петропавловск -Камчатский, 2006. С. 166 - 170.

13 Андреев В.И. и др. Влияние Большого трещинного Толбачинского извержения (БТТИ) 1975-1976 гг. на некоторые параметры окружающей среды в течение 30 лет // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2007. № 8. С. 163-176

14 Андреев В. И., Пузанков М. Ю. Вулкан Большая Ипелька - геологические и геохимические особенности //Материалы конференции, посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2010, С. 85-92.

Размножено с готового оригинал-макета. Формат 297/210. Тираж 100 экз. 01.03.2011г. ООО «Фон», 683006, г. Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Андреев, Виктор Ильич

введение.

Глава 1 краткий обзор исследований проблем радиоактивности вулканогенных пород

1.1 История исследований радиоактивности вулканитов и радиогенных газов Камчатки .и Курильских островов.

1.2 Распределения естественных радиоактивных элементов в вулканитах некоторых островных дуг.

1.3 Сравнительная характеристика распределения радиоактивных элементов в вулканической зоне Курило-Камчатской островной дуги.

Глава 2 распределение радионуклидов в вулканитах камчатки и курил

2.1 Объекты исследований и их петрографическая характеристика.

2.2 Соотношение естественных радиоактивных элементов( ЕРЭ) в вулканических и субвулканических породах вулканов и вулканических центров Камчатки.

2.3 Распределение урана в изверженных породах.

2.4 Содержание и соотношение естественных радиоактивных элементов в различных фациях вулканогенных пород.

2.5 Содержание урана в водотоках вблизи действующих вулканов и в водных-вытяжках из вулканогенных пород.

Глава 3 радиоактивное равновесие.

Глава 4 радиоактивность и объемная активность радона (оаип)

4.1 Характеристика радиоактивности (у) и объемной активности радона (ОАКп).

4.2 Исследования радиоактивности источников Новых Толбачинских вулканов, кальдер Карымской, Академии Наук, Кихшшычского вулканического центра, района Паратунского грабена (полигона Сосновка).

4.3 Обсуждение результатов исследований радиоактивности и объемной активности радона (OAR.ii).

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Распределение естественных радиоактивных элементов в твердых вулканитах и радиогенных газах из вулканов и гидротерм Камчатки и Курил"

Актуальность проблемы. Исследования содержания естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ) в изверженных горных породах впервые были сделаны в 1908 г Дж. Джоли [Титаева, 2000]. Сейчас опубликовано много данных о содержании естественных радиоактивных элементов в земных и лунных породах, метеоритах [Чердынцев 1973], есть представления о содержании радиоактивных элементов в породах Марса и Венеры [Сурков, 1985]. Естественные радиоактивные элементы на современном уровне развития науки и техники имеют важное научное и практическое значение. При делении ядер 1 кг урана выделяется около 2x10 кВт*ч энергии, что эквивалентно сжиганию 2,5 тыс. т. высокосортного каменного угля [Химический энциклопедический словарь, 1983]. Примеры применения ЕРЭ достаточно широки. В ряде стран атомные электростанции дают более 20% электроэнергии, успешно используются энергетические установки на основе радиоактивных элементов в космосе. По изменению концентрации радона и гелия в подземных водах был дан среднесрочный, а затем оперативный прогноз катастрофического Хайчен-ского землетрясения, произошедшего в Китае в феврале 1975 г. [Зубков, 1981]. Применяются ЕРЭ в агрономии, медицине и других областях хозяйства.

Соотношение отдельных видов ЕРЭ, а также материнских и дочерних изотопов используется для определения абсолютного возраста горных пород, в качестве предвестников землетрясений, при геокартировании, при каротаже скважин и т.д. Известно негативное воздействие ЕРЭ на растения и животных в больших дозах и благотворное - в малых [Иванов, 1996].

Полученные во время извержения Новых Толбачинских вулканов новые данные об изменении содержания и распределения ЕРЭ в последовательно извергающихся вулканогенных породах, показали активную миграцию ЕРЭ (урана, тория, калия) в процессе извержения. Систематизация данных о содержании ЕРЭ в вулканических, субвулканических, вулканогенно-осадочных фациях неизмененных и гидротермально измененных пород выявила существенные различия между этими образованиями [Андреев, Пузанков, 1992].

Актуальными остаются исследования характеристик ЕРЭ в породах вулканических дуг Камчатки и Курил, сопоставление этих параметров в различных вулканических фациях, временная эволюция ЕРЭ в локальных вулканических центрах и гидротермальных системах, приуроченных к действующим вулканам.

Цель работы - исследование закономерностей содержания и распределения ЕРЭ и отдельных радиоизотопов в изверженных породах и минеральных новообразованиях действующих и погасших вулканов Камчатки, выявление причин вариаций этих параметров, установление количественных соотношений урана, тория и калия в истории отдельных магматических очагов, питающих конкретные вулканы. По этим вопросам нет однозначных решений, что связано с расхождениями в представлениях предыдущих исследователей. Проведение комплексных исследований позволило установить существенные нарушения радиоактивного равновесия и провести интерпретацию этих явлений.

В число целей также входило исследование объемной активности радона (ОАГ1п) в почвенном воздухе и в спонтанных газах термальных источников, приуроченных к действующим вулканам и районам сейсмотектонической активизации; а также выявление источников и причин вариаций ОАЫп.

Основные защищаемые положения.

Научная новизна работы

1) В первых порциях базитовых лав обнаружены микросгущения треков - "звездочки", где содержание урана значительно выше фонового. Впервые установлена приуроченность аномалий ЕРЭ к определенным фациям изверженных пород; выявлено двукратное увеличение общего содержания ЕРЭ в ряду: некки - дайки - лавовые потоки - бомбы -шлаки. При этом ТЬ/и отношения изменяются в обратной последовательности.

2) Выявлены повышенные содержания ЕРЭ в измененных породах.

3) В породах различных вулканогенных фаций и в фумарольных возгонах наземных и подводных действующих вулканов обнаружено нарушение радиоактивного равновесия Яа/ и>1) и ( Яа/ ТЪ >1). В минеральных новообразованиях подводного вулкана Пийпа (смеси барита, кальцита, ангидрита) впервые отмечено значительное отклонение от радиоактивного равновесия ( 226Ка/238и и 228Ка/232ТЬ >»1);

4) В снежных покровах кальдеры действующего вулкана Карымский впервые обнаружена кратковременная (месяцы) аномалия, где ОАИп превышала фоновую для снега более, чем на два порядка; эта аномалия была вызвана сейсмотектонической активизацией, повысившей эманационную способность и проницаемость подстилающих вулка-ногенно-осадочных пород;

5) При проведении мониторинга О А Яп в спонтанных газах термальных источников, приуроченных к действующим вулканам, впервые установлены существенные вариации этого параметра, связанные с извержениями вулканов и сейсмотектонической активизацией их окрестностей;

6) При эманационной съемке в местах сейсмотектонической активизации впервые выявлены зоны повышенной ОАПп, связанные с увеличением эманационной способности и проницаемости пород в результате продолжающихся дислокаций.

Исходные материалы и личное участие автора. Фактический материал для последующих лабораторных исследований ЕРЭ собран автором во время многолетних (1968-2008 гг.) работ на действующих вулканах Камчатки и Курил. Исследования ОАИп и гамма-активности (у) проводились при работах на полигонах для испытаний специальной техники с ВНИИ ТРАНСМАШ (Ленинград), при геоэкологических исследованиях в районе г. г. Петропавловска - Камчатского и Северо-Курильска, на месторождениях полезных ископаемых, при проведении учебных практик со студентами в Елизовском районе Камчатки. Систематические наблюдения и определения ОАКп при сейсмотектонической активизации на термальных источниках Новых Толбачинских вулканов Большого трещинного Толбачинского извержения (БТТИ) и в районах извержений вулкана Карымского и кратера Токарева позволили выявить особенности и закономерности этих явлений. Большая часть проб, более 1000 было проанализировано на содержание ЕРЭ в Аналитическом центре ОИГи М (гамма-спектрометрический анализ), из них порядка 20 % было проанализировано в Томском университете (прямое определение урана методом запаздывающих нейтронов), порядка 300 анализов было проанализировано автором методом треков, около 20 проб было проанализировано нейтронно-активационным методом. Большая часть образцов, отбранных автором и прошедшим исследование на содержание и распределение ЕРЭ была проанализирована на содержание породообразующих элементов в химической лаборатории Института вулканологии.

Для сравнения и общей характеристики пород на содержание и распределение ЕРЭ привлекались данные предшествующих исследователей, ссылки на которых имеются. Общая доля материала предшественников составляет порядка 40 % приведенного в работе материала.

Практическая значимость и апробация работы. Результаты работ были использованы в 12 отчетах по научным проектам и договорным работам; в рекомендациях по оценке санитарно-экологического состояния районов, при разработке учебных курсов при подготовке студентов-геологов в Камчатском государственном университете имени Виту-са Беринга, где автор преподает "Ядерную геофизику". Основные результаты представленной работы изложены в 27 статьях, опубликованных в научных журналах и сборниках, в том числе иностранных, из них определенных ВАК - 8 статей. По теме работы сделано более 30 докладов на Ученых советах, семинарах и конференциях в Институте вулканологии и сейсмологии, и на тематических конференциях в г. Петропавловске — Камчатском и Северо - Курильске. Неоднократно представлялись отчетные доклады с привлечением данных по радиоактивности в Институт вулканологии и ВНИИ ТРАНСМАШ, где автор был ответственным исполнителем. Некоторые данные были опубликованы в средствах массовой информации в научно-популярных статьях.

Методика. Для анализов неизмененных пород отбирались наиболее представительные образцы с учетом различных особенностей, таких как положение анализируемого образования в разрезе, эндо- и экзоконтакт, кровля и подошва лавового потока и т. п. При отборе минеральных новообразований по возможности исключались примеси постороннего и вмещающего материала. В общей сложности было отобрано и проанализировано более тысячи проб.

Основным методом определения ЕРЭ был гаммаспектрометрический (аналитический центр ИГ и М СО РАН). Порог чувствительности по урану и торию составляет 0.01 г/т. Сравнение полученных результатов анализов с данными, полученными другими методами показывает удовлетворительную сходимость.

Применялся метод треков индуцированного деления урана-235 (предпологается, что отношение 235и/238и в настоящее время во всех точках Земли, кроме месторождения Окло в Экваториальной Африке, составляет 0,72 %). Чувствительность метода до 0.001 г/т, точность анализов с учетом эффективности регистрации треков и определения величины интегрального потока тепловых нейтронов -20 %. Высокая разрешающая способность метода позволяла определять распределение урана в пределах площади шлифов порядка нескольких см2, при просмотре нескольких сотен полей зрения площадью по 0.01 мм2. Треки

235 индуцированного деления U регистрировались на детекторах из лавсана, реже из слюды толщиной 30 мкм при увеличении -х90 на полях зрения размерам в 0.017 мм2. Распределение урана рассчитывалось по соотношению треков на отдельных полях зрения. Просчет проводился по сетке через 0.1-0.05 мм. Один трек на поле зрения ~ условная единица, при

15 2 интегральном потоке 5x10 нейтрон/см соответствует ~ 0.16 г/т. Применение трекового метода позволило исследовать микрораспределение урана.

Лазерный метод позволил сделать прямое определение урана (238U) и, таким образом, выявить отклонение от равновесия между ураном и радием, встречающееся в молодых (<10 тыс. лет) изверженных породах и минеральных новообразованиях.

Применялись также методы - запаздывающих нейтронов и нейтронно-активационный. Точность и чувствительность всех использованных методов позволила определять содержания ЕРЭ в пределах 0.01 г/т и сопоставлять данные различных методов.

Объем и структура диссертации. Диссертация объемом 127 страниц, содержит 20 рисунков, 24 таблицы, включает библиографию из 164 названий, состоит из общей части, четырех глав и заключения. В общей части изложены основные аспекты работы: актуальность, цель, защищаемые положения, научная новизна, практическая значимость, исходные материалы, методика. В первой главе сделан исторический обзор изучения радиоактивности вулканогенных пород и фумарольных газов островных дуг Курило-Камчатского региона в сравнении с подобными аналогами, и упомянуты наиболее известные исследователи радиоактивности вулканитов и радиогенных газов Камчатки. Во второй главе приведены главные объекты исследований и. показано распределение ЕРЭ в вулканогенных образованиях на микро- и макроуровне. Третья глава посвящена исследованию нарушения равновесия между материнскими и дочерними изотопами радионуклидов в неизмененных вулканических породах и минеральных новообразованиях, в том числе подводного вулкана Пийпа. В четвертой главе обобщены результаты радиометрических и эманационных (OARn) измерений в районах действующих вулканов, гидротермальных систем и потенциально опасных мест временного и постоянного присутствия людей. В заключение приведены краткие выводы с акцентом на защищаемые положения и обсуждение источников ЕРЭ.

Примечания

Применяемая в работе обревиатура ЕРЭ - естественные радиоактивные элементы представляется более точной, чем РАЭ — радиоактивные элементы, поскольку последняя может включать искусственные радионуклиды.

Звездочки" - сгущения треков, образующихся при индуцированном делении ядер атомов урана ( И), термин, встречающийся в работах предшественников, например, Берзина и др. [1969]. Очаг вулканический - связанная с поверхностью земли выводным каналом изолированная камера или резервуар магмы, откуда, как предполагается, происходит питание вулкана. Различают очаги вулканические сверху вниз: периферический, коровый, мантийный. Редко встречается термин мантийно-коровый или корово-мантийный очаг. По мнению большинства исследователей, периферический очаг - не глубоко (в пределах 5-10 км), расположенная магматическая камера, ответвляющаяся от большого магматического очага и питающая отдельные вулканы. Есть определение — магматический очаг, имеющее несколько значений и подходящее ко всем разновидностям очагов [Геологический словарь, 1978; Влодавец, 1984].

Вулканические очаги, расположенные у границы кора-мантия есть у всех вулканов. У большинства вулканов имеются близповерхностные периферические очаги, существование которых подтверждается геологическими и геофизическими методами. Сравнительно редко встречаются вулканы, существование периферческих очагов у которых спорно. Одним из первых заключение о глубоко расположенном, (в верхней мантии на глубине ~ 60 км), вулканическом, магматическом очаге на основании сейсмических данных сделал Г.С.Горшков [1956]. Впоследствии среди многих видных ученых обозначились как приверженцы исключительно мантийного питания вулканов, (например, Л. Л. Леонова) так и признающие существование также коровых, промежуточных и периферических очагов. Причем в пользу последних появляется все больше геологических и геофизических доказательств. Однозначного мнения пока нет. Так, отсутствие конкретно у Ключевского вулкана каких-либо промежуточных очагов, по крайней мере, до глубины 25 км было показано путем моделирования группой исследователей [Арискин и др., 1995]. К таким же представлениям на основании исследования фактического и литературного материала пришел Озеров, (устное сообщение). Другие исследователи под Ключевским вулканом (и вулканами Ключевской группы) выделяют на глубине 0-10 км обширную в сотни км зону, являющуюся периферическим (проточным) вулканическим очагом. Такой вулканический очаг под Ключевским вулканом выделяют [Федотов и др., 2009]. Эти исследователи сопоставляют конкретные (наземные) объемы всей Ключевской группы вулканов - 6400 км и ориентировочные размеры питающих очагов, многократно превышающие объемы вышерасположенных вулканов. Так у самого крупного исторического побочного прорыва о

Билюкай, извергшегося в 1938 г; при объеме изверженного материала - 0,3 км объем питающего, (периферического) очага ~ 160 км .

Для ряда вулканов есть геофизические данные о глубинном строении. Так под вулканом Плоский Толбачик фиксируется мощная локальная зона затухания сейсмических волн, обусловленная наличием расплава или веществом в состоянии частичного плавления (магматический вулканический очаг), расположенная на глубине от 20 до 50 км, (у границы кора-мантия). Под Северным прорывом БТТИ извержения 1975 г обнаружена сейсмическая неоднородность (периферический вулканический очаг) на глубине 2-3 км сравнительно небольшого размера, по горизонтали 2,5 - 5 км. Подобное образование с близкими параметрами выделяется и под Южным прорывом Толбачинского извержения 1975-1976 гг., хотя и не столь четко, как под Северным прорывом [Балеста и др., 1984].

Геофизические (сейсмические) данные, являются единственным доказательством наличия магматических очагов под вулканами. Интерпретация этих данных не всегда однозначна, и большинство геофизиков не употребляет термин "очаг".

Геологических и минералогических данных о существовании под различными вулканами периферических и коровых магматических очагов много. Среди доказательств: типы и характер извержений, кальдеры обрушения, крупные просадки в кратерах, преобладающий тип ксенолитов. Так катастрофические извержения, характеризующиеся извержением большого (больше 1 км3) объема вулканитов обычно кислого или среднего состава, в которых присутствует большая доля нераскристаллизованных пород (вулканического стекла) и водосодержаших минералов, связывают именно с периферическими очагами. Извержения этого типа, как правило, сопровождаются образованием крупных просадок, кальдер обрушения. Ранее предполагалось, что подобные структуры образуются после извержений. В одной из последних работ нами с помощью инструментальных измерений было показано, что просадки могут происходить на действующих вулканах и во время извержений [Андреев, Магуськин, 2009].

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Андреев, Виктор Ильич

Общие выводы по главам 2- 4:

1. Вулканогенные породы БТТИ характеризуются средним, близким к кларковому, содержанием ЕРЭ, низким торий-урановым отношением, характерным для камчатских вулканитов. Современные вулканиты обладают повышенным содержанием радия, не подкрепленного материнским ураном. Это соотношение характерно и для других современных пород изверженных действующими вулканами Мира, например, Везувием.

2. ОА11п в приповерхностных шлаках и лавах БТТИ и его окрестностей, в том числе на прогретых до нескольких сотен градусов участках, сравнительно низкая, отчасти, в связи с хорошей проницаемостью и разбавлением почвенного воздуха атмосферным.

3. Периодические кратковременные, иногда значительные, на два порядка, повышения ОА11п над трещинами связаны с тем, что эти трещины испытывают напряжения, подновляются, вследствие чего происходит возрастание эманационной способности и проницаемости пород, в которых развиты эти трещины.

4. Среди термальных источников, приуроченных к Карымскому озеру выделяются две группы: первая, включающая термальные источники, связанные с образованием моногенного вулкана - кратера Токарева, вторая, включающая бывшие до извержения термальные источники, преобразованные и активизировавшиеся после извержения.

5. После извержения и сейсмотектонических дислокаций радиоактивность пород и спонтанных газов в районе действия этих факторов была повышена в течение нескольких месяцев вследствие увеличения эманационной способности и проницаемости вулканогенных и вулкногенно-осадочных пород.

6. На глубине нескольких сотен метров под источниками Академии Наук Карымски-ми, Кихпинычскими существуют коллекторы радионуклидов, формирующие мощные эманации радона, вызывающие диссоциацию парогазового флюида и образование радиогенного свинца (конечного радиоизотопав рядах распада урана и тория).

7. При наложении деформаций и разогрева вмещающих пород ОАЕл спонтанных газов, почвенного радона и гамма-активность может многократно увеличиваться.

8. Повышенные значения ОАПп в спонтанных газах термальных источников и поч венных газах обусловлены коллекторами радия - эпитермальными рудопроявлениями ЕРЭ, сформировавшимися на глубинах в первые сотни метров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Значительная часть приведенных данных показывает прямую связь между содержаниями урана, тория и калия иногда независимо от вариаций других составляющих. Наглядный пример - современные андезитодациты Карымского вулкана и тефритобазальты Южного прорыва БТТИ, которые существенно различаются по содержанию большинства петрогенных элементов и сходны по содержанию урана тория и калия. Ранее на подобные факты обращали внимание предшествующие исследователи [Пузанков и др. 1990]

Низкие торий-урановые и высокие радий-урановые отношения в изверженных породах и новообразованиях - показатели активного флюидного и эманационного переноса ЕРЭ. Одним из факторов, определяющих приведенное в работе соотношение тория, урана и радия (Ла > и > ТЬ), могут быть особенности строения питающей системы вулканов (близповерхностные периферические магматические очаги).

Образование субмикроскопических аномалий ЕРЭ, как и начало роста мегакри-сталлов плагиоклаза, также происходит, вероятно, в периферических очагах. При быстрой закалке расплава часть аномалий — микросгущений урана сохраняется. При медленном остывании и дегазации лавы аномалии рассеиваются, и концентрация урана в изверженных породах уменьшается.

В процессе извержений радиоактивное равновесие в рядах распада нарушается обычно в пользу более подвижных дочерних изотопов. При поствулканической деятельности подводных вулканов на глубине 500 м локализованные выходы фумарольных газов формируют минеральные новообразования, в частности бариты с высоким содержанием радия. В условиях суши подобные образования соответствуют эпитермальным месторождениям на глубинах порядка 250 м и могут быть эманирующими коллекторами. Среди исследованных нами вторичных минералов существенной составляющей эманирующих коллекторов могут быть бариты, сравнительно устойчивые в слабокислой и слабощелочной среде и способные аккумулировать и консервировать радий [Андреев и др.2004]. Возможно, именно бариты являются типичными коллекторами радия. Потенциальная возможность образования эманирующих коллекторов за счет обогащения вторичных минералов радием отмечена предыдущими исследователями [Таран и др. 1986].

Повышенные для Камчатских вулканитов ТЬ/и отношения в изверженных породах вулкана Большая Ипелька обычны для большей части подобных образований Земли (Табл.1) и, возможно, более соответствуют средним значениям этого параметра, по сравнению с относительно молодыми (преимущественно четвертичными) вулканитами. Принимая во внимание представление Вернадского и гипотезу Шмидта и др. о "холодном" образовании Земли и небратимость радиоактивного распада ЕРЭ, видимо следует немного скорректировать некоторые аспекты применения метода актуализма, в частности к вулканизму.

Извержения вулканов, активная фумарольная и сейсмотектоническая деятельность вызывают многократное увеличение объемной активности радона и интегральной гамма активности. Несмотря на общность некоторых источников, эти виды радиоактивности

5 обычно не совпадают во времени.[Титаева и др. 1995, Андреев и др. 1010] Объемная активность радона быстро реагирует на изменения фумарольной и сейсмотектонической обстановки и может быть одним из предвестников извержений и землетрясений. Гамма -активность более инертна, и ее изменения проявляются обычно не столь заметно и интенсивно.

Многократное увеличение ОАЯп в спонтанных газах источников приуроченных к вулканам Карымскому и кратеру Токарева с началом извержений, произошедших синхронно 02.01.1996 г., и последующее в течение нескольких лет прерывистое уменьшение этого параметра, очевидно, стандартно. Сходная, хотя и менее четко выраженная тенденция в связи с извержениями, наблюдалась в отношении гамма-активности свежих вулканогенных пород. По нашим представлениям, (со ссылками на экспериментальные данные и работы других исследователей) выявленные изменения ОАКп и гамма-активности обусловлены значительным увеличением эманационной способности и проницаемости вследствие деформации и разогрева горных пород.

Приведенный в нашей работе материал: дискретность распределения и динамичность, быстрые, даже в исторически-бытовом масштабе времени, изменения содержания и соотношения радионуклидов, как будто, подтверждают мнение некоторых специалистов о том, что "в настоящее время разумно предположение, согласно которому основной источник металлов рудных месторождений, (в том числе ЕРЭ) находится в земной коре, а миграция отдельных металлов из мантии была возможна в незначительных масштабах" [Краускопф, 1970].

Преимущественно коровый источник следует из сравнения содержаний и соотношений ЕРЭ, в материале приведенных в работе вулканитов и поствулканических минеральных новообразований со средними параметрами этих элементов в породах земной коры, верхней мантии и метеоритов по данным А.П. Виноградова, Л. В. Комлева и В. В. Чердынцева (раздел 2.2, ст 13).

С другой стороны многие исследователи в своих построениях привлекают гораздо более глубинный источник магматических пород и на основании геофизических данных и геохимических сопоставлений полагают, что, например, часть океанических островов формировалась с участием материала внешнего ядра Земли. [Трошин, 1992]. Мантийную сотавляющую некоторых вулканических комплексов находят [Булгатов и др. 2009]. Автор весьма обстоятельной работы [Антонов, 2008] приводит убедительные доводы в пользу мантийных источников вулканитов островных дуг и конкретно субщелочных шо-шонитов Малой Курильской гряды. Он же логично объясняет всплыванием мантийных диапиров некоторые неясные аспекты плейттектоники. Предложенная Н. А. Титаевой [Титаева, 2000] эманационная дифференциация не исключает обогащение коровых расплавов мантийным флюидом. Резюмируя приведенные доводы, мы полагаем, что существуют два параллельных источника ЕРЭ. На данном этапе состояния науки нельзя отдать предпочтение исключительно какому-то одному из них. Очевидно, большая часть представленного в данной работе материала: вулканогенные породы различных фаций, всевозможные минеральные новообразования, радиогенные газы имеет небольшой (в геологическом масштабе) возраст и преимущественно коровый источник. Какое-то влияние мантийной составляющей на все магматогенные, в частности вулканические образования, естественно, также проявляется.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Андреев, Виктор Ильич, Петропавловск-Камчатский

1. Абрамовский Б.П., Ионов В.А., Назаров И.М. и др. Газы и аэрозольные продукты выброса Северного прорыва Толбачинского извержения //Вулканология и сейсмология. 1979. №3. С. 3-8.

2. Авдейко Г.П., Палуева A.A., Хлебородова O.A. Геодинамические условия вулканизма и магмообразования Курило-Камчатской островодужной системы // Петрология. 2006. Том 14. № 3. с. 249 267

3. Адамчук Ю. В., Фирстов П. П. Радиоактивные эманации в фумарольных газах ряда действующих вулканов Камчатки. Москва ЦНИИатоминформ - 1986. Препринт ИАЭ 4247/1. М., 1986, 27 с.

4. Алексеенко В. А. Введение в ядерную геохимию. Учебник М.: Логос, 2000.627с.

5. Алискеров А. А. Оруденение малоглубинного магматизма (Авачинско-Китхойская зона поднятий)., 2001. М.: Наука. 93 с.

6. Андреев В. И., Гусев Н. А.,Ковалев Г. Н., Слезин Ю. Б. Динамика лавовых потоков Южного прорыва Большого трещинного Толбачинского извержения 1975-1976 гг. Бюлл. Вулканол. станций, 1978, № 55, С. 18-27.

7. Андреев В. И. Распределение урана в вулканических продуктах Большого трещинного Толбачинского извержения.— Вулканология и сейсмология, 1979, № 6, С. 54— 61.

8. Андреев А. Г.,Комаров В. С., Милков Г. В. Источники урана и сопутствующих элементов в потоках рассеяния. //Потоки рассеяния урановых месторождений. М.: Атом-издат,1979, с. 5-27.

9. Андреев В. И., Литасов Н. Е. Особенности распределения радиоактивных элементов в вулканитах Гамченского ряда вулканов.— В кн.: Современный вулканизм и связа-ные с ним геологические, геофизические и геохимические явления. Тбилиси, 1980, С. 117—118.

10. Андреев В. И., Литасов Н. Е, Пузанков Ю. М. Радиоактивность пород базальт-дацитовой и андезитовой формаций Гамченской вулкано-тектонической структуры. — Вулканология и сейсмология, 1985, №2, С. 27-49.

11. Андреев В. И., Округин В. М., Пономарев Г. П., и др. Радиоактивность субвулканических и эффузивных пород Толбачинских вулканов // Вулканизм и связанные с ним процессы. Петропавловск-Камчатский, 1985, С. 128-130.

12. Андреев В.И., Пузанков Ю.М Радиохимические особенности вулканогенных пород различных фаций как один из критериев их генезиса. Тезисы докладов для VII Всесоюзного вулканологического совещания. Петропавловск-Камчатский, 1992. С. 70-71.

13. Андреев В.И., Карпов Г.А., Пузанков Ю.М., и др. Распределение радиоактивных элементов в породах некоторых действующих вулканов Камчатки // Вулканология и сейсмология. 2001. № 1.С. 39-48

14. Андреев В.И., Делемень И.Ф. Опыт изучения пространственно-временной изменчивости поля радона на юго-восточном фланге Карымского вулкана в мае 1996 г.// Вулканология и сейсмология, 2002. № 6. С. 36-41.

15. Андреев В. И.,Карпов Г. А., Магуськин М. А., и др. О влиянии извержений в кальдере Академии Наук и вулкана Карымский на окружающую среду (рельеф, водоемы, растительность) // "Вестник Краунц" 2003. № 1 С. 60-74.

16. Андреев В.И., Пузанков Ю.М., Бобров В.А., и др. Радионуклиды в гидротермальных отложениях подводного вулкана Пийпа (Берингово море) // Вулканология и сейсмология. 2004. № 1. С.39-45.

17. Андреев В.И., Карпов Г.А. Радон в спонтанных газах гидротермально-магматической системы кальдеры Академии Наук // Материалы конференции, посвященной Дню вулканолога, 30 марта — 1 апреля 2005 г. Петропавловск-Камчатский. 2005. С. 47-53.

18. Андреев В. И.,Магуськин М. А., Озеров А. Ю., и др. Особенности извержения вулкана Карымский в 2005 г // Материалы конференции, посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2006, С. 98-103.

19. Андреев В.И., Карданова О.Ф., Карпов Г.А.,и др. Источники радия ( Ra) и причины вариаций объемной активности радона

20. Андреев В. И., Андреев А. В., Самкова Т. Ю., и др. Влияние Большого трещинного Толбачинского извержения (БТТИ) 1975-1976 гг. на некоторые параметры окружающей среды в течение 30 лет // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2007. № 8. С.163-176.

21. Андреев В. И.,Озеров А. Ю., Сенюков С. Л. и др. Эруптивная активность вулкана Карымский в 2005 2006 гг. (краткое сообщение) // Материалы конференции, посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2007, С.337-346.

22. Андреев В. И., Николаева А. Г. О влиянии извержений вулкана Карымского и кальдеры Академии Наук (кратера Токарева) на окружающую среду. // Материалы конференции, посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2008, С. 11-18.

23. Андреев В. И., Магуськин М. А., Озеров А. Ю. Состояние вулкана Карымский в 2007 г //Материалы конференции, посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2008, С. 3-10

24. Андреев В. И., Магуськин М. А., Вариации высоты действующего вулкана Карымский в период 1971 2007 гг. (причины, следствия, аналоги) //Вулканология и сейсмология. 2009. №2. С.2-10.

25. Андреев В. И., Пузанков М. Ю. Вулкан Большая Ипелька геологические и геохимические особенности //Материалы конференции, посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2010, С.85-92.

26. Андреев В. И., Делемень И. Ф., Помозанова Т. Н. Причины вариаций активности радона в почвенном воздухе на учебном полигоне у западной окраины пос. Сосновка. //Материалы конференции, посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2010, С.115-123.

27. Антонов А. Ю. Геохимия и петрология мезо-кайнозойских магматических образований и мантийный диапиризм. Новосибирск. "Гео". 2008. 250 с.

28. Апрелков С. Е. Тектоника и история вулканизма Южной Камчатки // Геотектоника, 1971, №2,С. 47-60

29. Арискин А. А. Генезис базальтов Ключевской группы вулканов. Петрология. 1995. т. 3№ 5. С. 496-521.

30. Балеста С. Т., Зубин М. И., Каргопольцев А. А., Федорченко И. А. Глубинное строение района извержения. Большое трещинное Толбачинское извержение. М.: Наука, 1984, С.514-537

31. Баранов В. И., Титаева Н. А. Радиогеология, 1973. Изд. М.Г.У. 241 с.

32. Барсуков В. Л., Наумов Г.Б., Соколова Т.Н. Поведение урана в процессе образования гидротермальных жильных месторождений // Основные черты геохимии урана. М.: АН СССР, 1963. С. 139-220.

33. Берзина И. Т., Кравченко С. М., Гурвич М. Ю.,и др. Определение концентраций урана и его пространственное распределение в кайнозойских базальтоидах по следам от осколков деления,—Изв. АН СССР. Сер. геол., 1969, № 8, С. 70—82.

34. Бернар Суайс Геохимия урана в гидрографической сети //Сб. Геология и геохимия урана. М. Мир. 1988. С. 189-202.

35. Богданов Ю.А. Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. М.: Научный мир, 1997. 167 с.

36. Б.олыпая советская энциклопедия, М. "Большая Советская Энциклопедия" 1951. Т. 7 С. 499-502.

37. Брайцева О. А., Мелекесцев И. В. Вулкан Карымский: история формирования, динамика активности и долгосрочный прогноз //Вулканология и сейсмология. 1989. № 2. С.14-32.

38. Брайцева О. А., Флоренский И. В., Волынец О. Н. Вулкан Кихпиныч Действующие вулканы Камчатки. М. "Наука" 1991, Т 2 С. 74-94

39. Вертман Е. Г. Анализ геологических проб методом запаздывающих нейтронов и его применение для некоторых геологических задач. Автореф. дис. канд техн. наук. М. 1982. 87 с.

40. Виленский В. Д. Радий-226, свинец-210 и полоний-210 в продуктах Толбачинско-го извержения на Камчатке// Геохимия . 1977 № 11. С. 1618-1624.

41. Виноградов А. П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных пород земной коры. //Геохимия , 1962, № 7, С. 552-571.

42. Влодавец В. И. Справочник по вулканологии. М. :"Наука" .1984. 337 с.

43. Войткевич Г. В., Кокин А. В., Мирошников А. Е. и др. Справочник по геохимии. 1990 М: "Недра". 279 с.

44. Волынец О. Н., Колосков А. В., Ягодзинский Дж. и др. Бонинитовая тенденция в лавах подводного вулкана Пийпа и его обрамления (западная часть Алеутской дуги) //Вулканология и сейсмология. 1992. № 1. С. 3-23.

45. Вулканический центр: строение, динамика, вещество (Карымская структура). М., "Наука". 1980. 300 е.

46. Геология СССР. М.,"Недра". 1964. 490 с.

47. Геологичекий словарь. М.:"Недра". 1978. 2 т. 455 с.

48. Герасимовский В. И. Геохимия урана и тория в щелочных породах. Новосибирск. "Наука" 1975. С. 90-94.

49. Гладких В. С., Лебедев-Зиновьев А. А. Уран и торий в щелочных оливин-базальтовых сериях.//Геохимия, 1971, № 11 С. 1315—1324

50. Гордеев Е. И., Дрознин Д. В., Касахара М и др. Сейсмические явления, связанные с извержениями в Карымском вулканическом центрев 1996 г // Вулканология и сейсмология 1998, № 2 С. 28-49.

51. Горшков А. П, Гребзды Э.И, Самойленко Б. И., Слезин Ю. Б. К расчету баланса тепла и массы кратерного озера вулкана Малый Семячик.// Бюлл. вулкан, станций, 1975, №51 С. 50-60.

52. Горшков Г. С. О глубине магматического очага Ключевского вулкана. ДАН СССР. 1956, 104, № 4. С.703-705

53. Гудзенко В. В., Дубинчук В. Т. Изотопы радия и радона в природных водах. М.: Наука, 1987. 156 с.

54. Дитмар Г. В., Максимовский В. А. Соотношение содержаний урана, тория и калия в продуктах кислого вулканизма и проблема игнимбритов.— Докл. АН СССР, 1974. т. 219, №5, С. 1227—1230.

55. Ермолаев Н. П., Тарасов Л. С. Геохимия урана в пегматитовом процессе — Сб. Основные черты геохимии урана.М., "Наука" . 1963. С. 70-100.

56. Житков А. С. Радиоактивные элементы в вулканитах островных дуг западного сектора тихоокеанской активной окраины. // Океанология. 1990. Т 30. вып. 5. С. 809-814.

57. Житков А. С., Щека С. А.,Вржосек А. А.Закономерности распределения урана и тория в базит-гипербазитовых комплексах // Геохимия. 1984. № 8. С. 1192-1202.

58. Зубков С.И. Радоновые предвестники землетрясений // Вулканология и сейсмология, 1981, №6. С. 74-105.

59. Иванов Б. В. Извержение Карымского вулкана в 1962-1965 гг и вулканы Карым-ской группы. М.: "Наука" 1970. 134 с.

60. Иванов Б. В. Андезиты Камчатки. М. Наука. 2008. 469 с.

61. Иванов В. В. Экологическая геохимия элементов. М. "Недра" 1996. Книга 6. С. 287-589.

62. Кабо В. А., Мусин Я. А., Идрисова С. И. Особенности выделения радона в воду при длительном одноосном сжатии некоторых образцов горных пород.// Физика Земли. Изв. АН СССР. 1989. № 7. с 103-107.

63. Казанский В. И., Лаверов Н. П.,Тугаринов А. И. Эволюция уранового оруденения. М.: Атомиздат, 1978. 206 с.

64. Карданова О.Ф., Дубровская И.К. Состояние кратера вулкана Старый Кихпиныч с 1980 по 1989 гг. // Вулканология и сейсмология. 1994. № 1. С. 19-33.

65. Карданова О. Ф., Карпов Г. А. Условия образования и типы глиноземистых осадков Кихпинычского долгоживущего вулканического центра.// Вулканология и сейсмология 2000. № 3 . С. 15-34.

66. Карпов Г.А. Современные гидротермы и ртутно-сурьмяно-мышьяковое орудене-ние. М.: Наука, 1988. 182с.

67. Ковалев В. П. Сравнительная характеристика поведения урана и тория в процессах вулканического и плутонического магматизма // Радиоактивные элементы в горных породах. Новосибирск. "Наука".1975. С. 90-95.

68. Ковалев В. П. Герцинский магматизм Предсаянья. Новосибирск: Наука, 1980. 422с.

69. Ковалев В. П. Устойчивые вариации химизма в петро- и магмогенезисе Новосибирск. 1986. 252 с.

70. Ковалев Г. Н. Тепловая мощность гидротермальных систем и активных вулканов //Докл. АН СССР, 1969, т. 186, № 4, С. 326 -330.

71. Комлев JI. В. Основные этапы развития геохимии радиоактивных элементов. Радиоактивные элементы в горных породах. Новосибирск, "Наука". 1975. С. 6-10.

72. Кортини Массимо. Уран в мантийном процессе // Геология, геохимия и методы оценки месторождений урана. М.: Мир, 1988. С. 51-65.

73. Краснов С.Г. Крупные сульфидные залежи в океане // Природа. 1995. № 2. С. 3-14.

74. Краускопф В. В. Горные породы как источник металлоносных флюидов. // Геохимия гидротермальных рудных месторождений. М. "Мир". 1970. С. 11-40.

75. Лаверов Н. П. Условия формирования гидротермальных месторождений в континентальных поясах // Минеральные месторождения,- М.: 1972. С. 23-35.

76. Леонов В. Л. Поверхностные разрывы, связанные с землетрясением и извержениями, произошедшими в Карымском вулканическом центре в январе 1996 г .// Вулканология и сейсмология 1997, № 1 С. 113-130.

77. Леонов В. Л., Гриб Е. Н. Структурные позиции и вулканизм четвертичных кальдер Камчатки. 2004. Владивосток, Дальнаука. 186 с.

78. Леонова Л. Л., Удальцова Н. И. Геохимия урана и тория в вулканическом процессе на примере Курило-Камчатской зоны. Новосибирск, «Наука», 1974. 101 с.

79. Макдональд, Вулканы 1975 М. "Наука" 151с.

80. Мейер В. А., Ваганов П. А. Основы ядерной геофизики. Ленинград, 1978, 360 с.

81. Мелекесцев И. В. Вулканизм и рельефообразование. М. 1980. "Наука". 210 с.

82. Меняйлов И.А., Никитина Л.П., Шапарь В.Н. Геохимические особенности вулканических газов. // БТТИ. М. "Наука", 1984. С. 285-309

83. Набоко С. И. Петрохимические особенности молодых и современных лав Камчатки // Петрохимические особенности молодого вулканизма. М., 1963. С. 24-34.

84. Набоко С.И., Главатских С.Ф. Постэруптивный метасоматоз и рудообразование. М.: Наука, 1983. 163с.

85. Наумов Г. Б. Поведение радиоактивных элементов в гидротермальных процессах (обзор представленных тезисов) // Радиоактивные элементы в горных породах. Новосибирск: "Наука", 1975. С. 155-161.

86. Николаева O.B. Ra-U-Th систематика земных магматических пород для плането-логических сравнений: вулканические породы островных дуг Земли (ООД) и материал поверхности Венеры. Геохимия 1997. №5. С. 448-512.

87. Перепелов А. Б., Иванов А. В. Западно-Камчатский ареал калиевого щелочного магматизма (эоцен-олигоцен). Сб. Геодинамика, магматизм и металлогения Востока России. Владивосток. Дальнаука.2006 С. 369-382.

88. Поляков А. И. и др. Изотопный состав тория в вулканических породах континентальных рифтовых зон.//Геохимия. 1986. № 5 С. 123-129.

89. Пузанков ЮМ, Бобров В.А., Дучков А.Д. Радиоактивные элементы и тепловой поток земной коры полуострова Камчатка. Новосибирск: Наука, 1977. 125с.

90. Пузанков ЮМ., Волынец О.Н., Селиверстов В.А. и др. Геохимическая типизация магматических и метаморфических пород Камчатки // Тр. Ин-та геологии и геофизики. 1990. Вып. 390. 259 с.

91. Ритман А. Вулканы и их деятельность. М., "Мир". 1964. 261 е.

92. Сагалевич A.M., Торохов П.В., Матвеенков В.В. и др. Гидротермальные проявления подводного вулкана Пийпа (Берингово море) // Изв. РАН. Сер. Геол. 1992. №9. С. 104-114

93. Селиверстов Н.И. Строение дна прикамчатских акваторий и геодинамика зоны сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. М: Научный мир, 1988. 164 с.

94. Селиверстов Н.И., Торохов П.В., Баранов Б.В.Подводный вулкан Пийпа: структурно-тектонический контроль, геологическое строение и гидротермальная деятельность //Вулканология и сейсмология. 1995. № 2. С. 50-72

95. Селянгин О.Б. Новое о вулкане Мутновский: строение, развитие, прогноз // Вулканология и сейсмология. 1993 № 6 С. 21-32.

96. Слезин Ю. Б., Ковалев Г. Н., Гребзды Э. И., Чеглецова Е. А. Об активности вулкана Малый Семячик//Бюл. вулканол. станций. 1971, № 47. С. 37-40

97. Смыслов А. А. Уран и торий в минеральном веществе земной коры //Радиоактивные элементы в горных породах, Новосибирск. "Наука" 1975. С. 10-19

98. Смыслов А. А., Максимовский В. А. и др. Радон в земной коре и риск радоно-опасности. // Разведка и охрана недр.- 1994 № 4. С. 21-29.

99. Сугробов В. М., Вакин Е. А. Основные результаты комплексных исследований и их применение при исследовании при изучении геотермальных месторождений. //Геотермические и геохимические исследования высокотемпературных гидротерм, 1986. С. 189-201.

100. Сурков Ю. А. Космохимические исследования планет и спутников М. "Наука", 1985,308 с.

101. Таран Ю. А., Пилипенко В. П., Рожков А. М. Геохимия гидротермальных растворов и газов Мутновской гидротермальной системы // Геотермические и геохимическиеисследования высокотемпературных гидротерм. М.: Наука 1986. С.140-189

102. Таран Ю. А. Геохимия геотермальных газов. М. Наука. 1988.160 с.

103. Титаева H.A., Векслер Т.Н., Орлова A.B. Радий в современных вулканических породах Камчатки // Изв. высш. учебн. заведений. Геология и разведка. 1977. № 4. С. 70-75.

104. Титаева Н. А., Зыков Д. С., Никулин В. И.и др. Опыт применения радоновой съемки для выявления зон активизации тектонических структур. Вестник МГУ 4/ 1995. С. 67-73

105. Титаева Н. А. Ядерная геохимия. М.: Изд. МГУ, 2000. 336 с.

106. Титаева Н. А. Краткий курс лекций по радиогеоэкологии. // М.: 2005. М.Г У. 95 с.

107. Трошин ЮП. Селен и теллур как вероятные индикаторы участия внешнего ядра вулканическом процессе. Сб. Вулканизм в структурах Земли и различных геодинамических обстановках (Тезисы докладов VII вулканологического совещания). Иркутск, 1992. С. 119-120

108. Трухин Ю. П., Шувалов Р. А. Окислительно-восстановительные реакции, процессы газогенерации и вторичный разогрев на шлаковых конусах. // Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка 1975-1976. М.: Наука. 1984. С. 356-373.

109. Федорченко В.И., Абдурахманов А.И., Родионова Р.И. Вулканизм Курильской островной дуги. М.,Наука, 1989, 240 с.

110. Федотов С. А., Чирков А. М., Разина A.A. Северный прорыв // Большое трещинное Толбачинское извержение, Камчатка 1975-1976 г. М.: "Наука", 1984. С.11-75.

111. Федотов С. А. Об извержениях в кальдере Академии Наук и Карымского вулкана на Камчатке в 1996 г., их изучении и механизме // Вулканология и сейсмология. 1997. № 5. С. 3-38.

112. Фирстов П. П., Рудаков В. П. Результаты регистрации подпочвенного радона в 1997-2000 гг. на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне. // Вулканология и сейсмология 2003, № 1, С 261-41.

113. Фролова Т. И., Перчук Л, Л ,Бурикова И. А. Магматизм и преобразование земной коры активных окраин. 1989. М. "Недра" . 260 с.

114. Химический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1983. 792 с.

115. Холланд Г.Д., Малинин С.Д. Растворимость и распространение нерудных минералов // Геохимия гидротермальных рудных месторождений. М.: Мир,1982. С. 370-404.

116. Хренов А. П., Дубик Ю. М., Иванов Б. В.,Овсянников А. А., Пилипенко В. П., Таран Ю. А.,Фирстов П. П., Чирков А. М. Эруптивная деятельность вулкана Карымский за 10 лет (1970-1980 гг.) //Вулканология и сейсмология, № 1982. № 4. С. 29-49.

117. Чебыкин Е. П., Гольдберг Е. Л., Куликова Е. С. И др. метод определения изотопного состава аутигенного урана в донных отложениях озера Байкал. //Геология и геофизика, 2007, Т.48, № 6, С. 604-616

118. Чердынцев В. В. Ядерная вулканология.- М.: Наука, 1973,208 с.

119. Черепнин В. К. Геохимия и типы месторождений урана. Изд. Томский универи-тет. 1966. 151 с.

120. Чирков А. М. Радон в газах некоторых вулканов и гидротермальных систем Камчатки. Сб.: Вулканизм и глубины земли. М.: Наука, 1971, С. 359 364.

121. Чирков А. М. Радон в термальном источнике как индикатор состояния Карымско-го вулкана.// Бюлл. Вулканол. станции ДВНЦ АН СССР. 1973. № 49. С. 99-102.

122. Шаврова Н.Н. Определение радиоактивности газов побочных прорывов Ключевской сопки. "Бюлл. вулканолог, станций", 1937, № 2. С. 7-12.

123. Шаврова Н.Н. Содержание радия и тория в лавах вулканитов Семячинской группы. "Бюлл. вулканолог, станций". 1958, № 27, С. 10-14.

124. Шаврова Н.Н. О содержании радия и тория в лавах вулкана Безымянного., "Бюлл. вулканолог, станций". 1961, № 31. С. 14-19.

125. Шанцер А.Е. Некоторые особенности эволюции тектоно-магматических структур Камчатки в зависимости от ее блокового строения и движения блоков в позднем кайнозое // Бюл. Вулканол. станций. 1976, № 57. С. 53-65.

126. Шарапов В.Н., Симбирева И.Г., Бондаренко П.В. Структура и геодинамика сейс-мофокальной зоны Курило-Камчагского региона. Новосибирск: Наука, 1984. 199 с.

127. Шарапов В. И., Черепанов А. Н. Динамика дифференциации магм. Новосибирск: Наука, 1986. 200 с.

128. Шарапов В.Н.; Симбирева И.Г.; Бондаренко П.М. Сейсмотектоника Курило-Камчатской области и ее стыка с Алеутской дугой: Сейсмологические и тектонофизиче-ские модели Новосибирск, 1992. - 162 с.

129. Шатков Г. А., Шаткова JI. Н. Особенности распределения урана и тория в вулканических породах. «Радиоактивные элементы в горных породах». Новосибирск, «Наука», 1975, С. 106-112.

130. Шеймович В. С., Кожемяка II. II. Важеевская А. А. и др. Вулкан Большая Ипелька в Южно-Камчатской вулканической зоне. "Бюлл. вулканолог, станции", 1978. № 57. С. 53-65.

131. Шеймович В. С., Патока М. Г. Геологическое строение зон активного вулканизма. М. "Недра". 1989. 205 с.

132. Шмидт О. Ю. Четыре лекции о теории происхождения Земли (2 изд.), Изд. АН СССР 1950, 65 с.

133. Boynton W. Y. Cosmochemistry of the rare earth elements: meteorite stadies //Rare earth elements geochemistry. Amsterdam, Elssevier, 1984. P. 63-114.

134. Capaldi G., Cortini M., Gasparini P., et al. Shortlived radioactive in freshly erupted rocks and their implication for the preemption histori a magma // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. № 2. P. 350-358.

135. Condomines M., Hemond Ch., Allegre C. J. U-Th-Ra radioactive disequlibria and progresses //Earth and Planet. Sci. Lett. 1988.V. 90. № 3. P. 243-262.

136. Dyck W, Bell R.T. Uranium and other trace and minor element concentration in surface roks and stream sediments from the Cypress Hills, Saskatchewan. "Pap. Geol. Surv. Can." 1985, № 85-1B/1, P. 23-31.

137. Hutuda Zinitro, Nishimura Susumu, Asayama Tetsuji. Atrial method of determining uranium and thorium content of rocks in radioactive disequilibrium by neutron activation analysis // Mem. Coll. Ski. Univ. Kioto. 1967. B. 33. № 4. P. 221-226.

138. Joly J. On the Radioactivity of certain Lavas. Phill. Mag. and Joura. of Ski. 1909. n° 18, P. 577-586.

139. Keller J. Mediterranean island arcs // J. A, London: J. Welley & Sons, 1982. P. 307-325.

140. Podsednik Mary. Geologie assessment of radon-222 in Mclennan country, Texas//Bull. Baylor Geol., Stud. 1990 № 50 P. 4-43.

141. Rubin R. N., Macdougal J. D. 226-Ra exceses in midoceanridge basalts and mantle melting//Nature. 1988. V. № 618. P. 158-161.

142. Sullivan K. T., Mose D. G., Mushrush G.W. Mineralogy and aeroradioactivity as indicators of radon hazard zones // Energy Sources. — 1997. 19, № 7. P. 651 — 660.

143. Titaeve N., A., Mironov Yu. U. Evidens of evolution of depleted mantle and relics of subcontinental lithosphere in Atlantic // 5th Zonenshain of plate tectonics. Moscov, 1995. P. 59-61.

144. Wallenberg YA. Radioactivit of Nevada hot-spring system//Geophys. Res. Lett. 1974. V. l.№8. P. 359-362.

Информация о работе

Андреев, Виктор Ильич
кандидата геолого-минералогических наук
Петропавловск-Камчатский, 2010
ВАК 25.00.04

Диссертация

Распределение естественных радиоактивных элементов в твердых вулканитах и радиогенных газах из вулканов и гидротерм Камчатки и Курил - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы