содержание
ОСОБЕННОСТИ ГЕОХИМИЧЕСКИХ, ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БАЗАЛЬТОВ ГАВАЙСКИХ ОСТРОВОВ
Л.Л. Панасьян, В.М. Ладыгин, В.Б. Курносов, А.В. Артамонов, Л.М. Антонюк
Получены и проанализированы первые результата по комплексному изучению образцов базальта из керна скважин (HSDP1 и HSDP2), пройденных в восточной части Большого острова, в 50-ти метрах от береговой линии залива Хило, на высоте 11,7 м выше уровня моря. Гавайи самый крупный (площадью около 1,5 тыс. км2) из островов одноименного архипелага в Тихом океане. Он образован базальтами пяти щитовых вулканов, два из которых (Мауна-Лоа высотой 4170 м и Килауэа - 1247 м) являются действующими. Бурение проводилось вдали от проявления высокотемпературных флюидов, чтобы вскрывались в основном неизмененные подводные вулканиты. Первый (глубиной до 1052 м) и второй (до 3110 м) этапы бурения осуществлены по проекту Hawaii Scientific Drilling Project при поддержке Национального научного фонда США (NSF) через программу Continental Dynamics, Окончательное бурение скважины HSDP2 (3110-3520 м) было профинансировано Международной программой континентального бурения (ICDP) и закончилось в 2007 г. Лавовые потоки опробованы по профилям от кровли до подошвы.
Сотрудники Геологического института РАН провели изучение и выполнили анализ химического состава молодых базальтов из двух скважин, пробуренных до глубины свыше 3000 м. Проведен силикатный анализ вулканитов методом "мокрой" химии. На кафедре инженерной и экологической геологии изучались петрографические особенности, физико-механические и акустические свойства базальтов, а также влияние на них химического состава. Исследования проводились по следующим направлениям (табл. 1): связь химического состава пород с глубиной залегания различных потоков, распределение типов базальтов по глубине, влияние химического состава на свойства базальтов, взаимосвязь различных свойств между собой для трех разновидностей базальтов, влияние состава и строения пород на акусто-эмиссионные (АЭ) параметры.
Характеристика видов определений при изучении базальтов
| Таблица 1
| | Изучение химсостава
| SiO2, TiO2, Fe2O3, Feo, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5
| | Анализ состава и строения изученных разновидностей
| Визуальная оценка количества и размеров пор, изучение петрографического строения и состава под микроскопом, оценка и классификация пород по их структурно-текстурным особенностям
| | Изучение физико-механических свойств
| Определение: объемной плотности (ρ), плотности твердой фазы, гигроскопии, пористости(n), скорости продольных волн (Vp), прочности при одноосном сжатии, намагниченности
| | При изучении АЭ определялись параметры
| максимальные значения амплитуд и энергии сигналов и их распределение, частотный спектр, активность и интенсивность АЭ в том числе по полосам частот, скорости наступления событий, время до формирования магистральной трещины
|
Основные позиции по исследованиям состоят в следующем.
Преобладающее количество образцов не затронуто или почти не затронуто вторичными процессами. Графики изменения химического состава по потокам обеих скважин с учетом глубины свидетельствуют о том, что в интервале около 277-377 м происходит увеличение окислов AL, Ti, Fe, Ca и существенно снижается MgO, практически неизменным остается процентное содержание SiO2. Прослеживается четкая прямая зависимость (рис. 1) плотности твердой фазы от содержания окислов Mg, и обратная - от AL и Si. Отсутствует связь легких окислов и окиси кремния в щелочных базальтах при изменении первых в 4 раза (рис. 2). Пористые разности базальтов присутствуют по всей глубине разреза до 3 км, независимо от состава расплава, условий застывания (субаэральные и субаквальные). Для всего разреза характерны низкие значения скоростей упругих волн (3-4 км/с) слабо зависящие от плотности и пористости пород. Даже для относительно плотных пород, у которых ρ=2.73 г/см3, а также с повышенными значениями - ρ=2.88 г/см3, скорость упругих волн в среднем равна 4,1 км/с. На глубине более 1,5 км происходит заметное увеличение значений Vp, так для самых плотных пород ρ=2,94, n=4.9 %, Vp=4.9 км/с. По-видимому, это связано с большим возрастом этих пород (400 000 лет). Зависимость прочности от пористости (рис. 3) для всех типов изученных базальтов является степенной функцией с близкими параметрами. Чем меньше пористость, тем больше расхождение кривых, которые имеют общую точку пересечения в значениях пористости вблизи 40%.
| |
Рис. 1.
Влияние основного химического (преобладающих окислов) состава на плотность твердой фазы.
|
|
| |
Рис. 2.
Взаимосвязь суммы "легких" окислов и кремния в разных типах базальтов.
|
|
| |
Рис. 3.
Общая зависимость прочности от пористости в изученных базальтах.
|
|
При одноосном нагружении образцов пород обнаружено три типа кривых АЭ, которые отражают излучение у базальтов с разными структурно-текстурными особенностями.
Изученный керн скважин HSDP1 и HSDP2 характеризует состав и строение пород, образованных в условиях внутриплитного вулканизма Гавайского типа.
|
