Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Локальная сейсмичность при извержении Толбачинского вулкана 2012–2013 гг. и парогазового извержения вулкана Корякский 2008–2009 гг. рассматривается как результат инжекции магмы с формированием даек, силлов и активизации существующих разломов. Для выявления указанных зон из каталогов сейсмических данных КФ ГС РАН выделены плоско-ориентированные кластеры землетрясений. Их последующий пространственно-временной анализ допускает следующую интерпретацию. Лавовому извержению Толбачинского вулкана 27.11.2012 предшествовала инжекция магмы с формированием серии даек запад-север-западного простирания в диапазоне глубин –4…+3 км абс. в зоне к юго-востоку от постройки вулкана Плоский Толбачик. Вскрытие указанными дайками субгоризонтальной проницаемой зоны на абс. отметке около нуля привело к образованию силлов и внедрению магмовыводящей дайки вдоль верхней части зоны шлаковых конусов вулкана (угол падения 50°, азимут па- дения 300°) в 5.5 км от эпицентра начальной инжекции магмы. Вершинное парогазовое извержение Корякского вулкана 2008–2009 гг. предварялось насыщением магмой корового очага (глубина кровли ‒3 км абс., поперечник 2.5 км) у юго-западного подножия Корякского вулкана, далее инжекция магмы в субмеридиональной зоне (7.5 × 2.5 км, диапазон глубин –2…–5 км абс.) в северном секторе Корякского вулкана происходила параллельно с вершинным парогазовым извержением. Инжекция магмы в конус Авачинского вулкана (2010 г.) происходила с насыщением конуса силлами (в диапазоне отметок +1600…+1900 м абс.) и дайками (преимущественно северо-западного простирания).

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. ГЕОФЛЮИДНЫЕ СИСТЕМЫ КОРЯКСКО-АВАЧИНСКОЙ ГРУППЫ ВУЛКАНОВ (KAMCHATKA, RUSSIA) Условия водного питания Корякско-Авачинского вулканогенного бассейна изучены с использованием данных по изотопному составу воды (𝛿D, 𝛿18O) и углерода в свободном газе 𝛿13С. Показано, что углекислые источники на северо-западном склоне Корякского вулкана формируются в результате смешения магматических газов и тающих вод ледников. Гидротермальный резервуар под северным склоном Корякского вулкана характеризуется температурами от 253 до 333∘C и газосодержанием СО2 до г/кг (Корякский Нарзан). Анализ локальной сейсмичности в пределах Авачинско-Корякской группы вулканов в период 2000-2016 гг. позволяет выявить последовательность плоско-ориентированных кластеров землетрясений, интерпретируемых как процесс внедрения даек и силлов.Инжекции магмы идентифицируются в следующих зонах: (1) неглубокозалегающий коровый магматический очаг в юго-западной части Корякского вулкана состоящий из комбинации даек и силлов в диапазоне глубин от -2 до -5 км абс.; (2) зона аккумуляции даек в субмеридиональной зоне (7.5 х 2.5 км) в диапазоне глубин от -2 до -5 км абс.; (3) неглубокозалегающий магматический очаг в конусе Авачинского вулкана в диапазоне отметок от 1 до 2 км абс. Геометрия магматических тел отражает геомеханические условия NF (растяжения, нормальных сбросов Normal Fault conditions, Sv > SHmax > Shmin) в фундаменте Корякского вулкана с доминированием вертикальных напряжений Sv, причем максимальное горизонтальное напряжение SHmax ориентировано в северном направлении. Процесс сейсмической активизации 02.08.2011 в районе Изотовского горячего источника (7 км от вершины Корякского вулкана), интерпретируемый как внедрение дайки, подтверждается повышением температуры источника 10–12 °С в период с октября 2011 г. по июль 2012 г. Концептуальное TOUGH2 моделирование использховано для понимания и объяснения механизма формирования гидротермальной системы под Корякским вулканом. В связи с этим, следующие модельные параметры оказались наиболее важными: (1) источники теплогенерации 20 MW/km3 и газогенерации (CO2) 10 г/с/км3, действующие в течение 7000 лет в указанных выше зонах инжекции магмы; (2) водное питание с расходом 580 кг/с через жерла вулкана в зоны инжекции даек. Результаты моделирования соответствуют оценкам Na-K геотермометров (300∘C), данным по изотопному составу воды (δD, δ18O), свидетельствующим о высоком положении области водного питания, концентрации магматического CO2 (до 4 г/кг) в термоминеральных источниках на северном склоне Корякского вулкана, термическому влиянию при инжекции дайки 02.08.2011, зарегистрированному на Изотовском термоминеральном источнике и разбавлению исходной морской воды в фундаменте Корякского вулкана в результате нисходящей циркуляции холодных вод. Моделирование также показывает возможность скрытого высокотемпературного резервуара под южным склоном Корякского вулкана (на отметках от −1 км абс.), что может являться целью последующего разведочного бурения. doi:10.1155/2017/4279652, DOI: 10.7868/S0203030617050017 Для геомеханического анализа инжекции даек под Корякским вулканом в период активности 2008-2009 гг использована гидрогеомеханическая модель (CFRAC). Предметом исследования являлось выяснение масштабов сейсмичности при инжекции магмы в существующие системы трещин. В рассматриваемой модели инжекция магмы осуществлялась в трещину с углом падения 60 град., размерами 2 х 2 км2 на глубине 6 км (-3 км абс). Расход инжекции магмы в трещину задан 2000 кг/с при допустимом максимальном давлении 200 МПа, продолжительность инжекции 1 сут. Начальное давление флюида в трещине задано 45 МПа, плотность магмы 2800 кг/м3, вязкость от 0.2 Па∙с (базальтовая магма) до 200 Па∙с (андезитовая магма). Начальное геомеханическое состояние определено по результатам предшествующих исследований. Результаты моделирования показывают возможность раскрытия трещины до 0.06 м, сдвиговых деформаций с генерацией N∙10 - N∙100 микроземлетрясений с магнитудой до 4.8. DOI: 10.3997/2214-4609.201700475 2. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ФИЛЬТРАЦИОННАЯ СТРУКТУРА, УСЛОВИЯ ВОДНОГО ПИТАНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАТУНСКИХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ (КАМЧАТКА) Промышленная эксплуатация Паратунского геотермального месторождения осуществляется с 1964 г. За период 1966-2014 гг из недр месторождения извлечено 321 млн. тонн термальной воды(Cl-Na, Cl-SO4-Na состава, M до 2600 ppm) с температурой 70-100 оС для целей теплоснабжения, бальнеологии и тепличного хозяйства. Охарактеризована структура Паратунского низкотемпературного вулканогенного геотермального резервуара с объемом 40 km3 и температурой (80-110°C), по гидрогеологическим данным выявлены зоны притока глубинного теплоносителя и 3D распределение проницаемости, для расчета 3D распределения температуры использована программа 3D сплайн-аппроксимации. Данные по изотопному составу воды и газовому составу (N2, 96-98%) показывают, что основная область водного питания Паратунского геотермального оезервуара - Вилючинский вулкан (2173 м абс) и прилегающие приподнятые структуры, удаленные от месторождения на 25 км к югу. Продуктивные зоны приурочены к трещинам с крутыми углами падения, отражающими условия радиального растяжения (вероятно связанные с тепловыми источниками магматического происхождения в основании продуктивного резервуара) и трещинами гидроразрыва (вероятно связанными с высоким гидростатическим давлением в области водного питания Вилючинского вулкана). Термогидродинамическое TOUGH2 моделирование естественного состояния и истории эксплуатации (включая изменения давления, температуры и концентрации хлор-иона, вызванные эксплуатацией) в период 1965 - 2014 гг позволяет оценить суммарный приток глубинного теплоносителя (190 kg/s), фильтрационно-емкостные параметры резервуара - сжимаемость (до 4×10-8 Па-1) и проницаемость (до 1.4 D). Моделирование подтвердило площадную разгрузку термальных вод из продуктивного резервуара в вышезалегающий горизонт грунтовых вод. Моделирование химической истории (Cl-) эксплуатации объясняет постепенное увеличение Cl- притоком хлоридных вод через восточную границу геотермального резервуара. Прогнозное моделирование длительной эксплуатации до 2040 г с расходом 256 кг/с показывает незначительное понижение давления (0.7 бар) и несущественное падение температуры в продуктивном геотермальном резервуаре Паратунского геотермального месторождения. http://dx.doi.org/10.1016/j.geothermics.2017.06.002 3. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ФИЛЬТРАЦИОННАЯ СТРУКТУРА И УСЛОВИЯ ВОДНОГО ПИТАНИЯ МУТНОВСКОГО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (КАМЧАТКА) Мутновский геотермальный район входит в Восточно-Камчатский активный вулканический пояс. Вулкан Мутновский, с возрастом около 80 тыс. лет представляет собою "пожилой" стратовулкан, состоящий из четырех вулканических конусов, действующий как инжектор магмы и воды в в прилегающую Северо-Мутновскую зону растяжения протяженностью 25 км. Инжекции магмы осуществляются в виде даек, ассоциирующихся с плоско-ориентированными кластерами микроземлетрясений MEQ, большая часть из которых фиксируется в NE секторе вулкана (2 x 10 км2) на отметках от -4 до -2 км, кроме того значительная часть магматических инжекций фиксируется на отметках от -6.0 до -4.0 км под Мутновским геотермальным месторождением. Водное питание продуктивных резервуаров осуществляется за счет тающего ледника в кратере Мутновского вулкана (+1500 - +1800 м абс), что подтверждается данными по изотопному составу воды (δD, δ18O) продуктивных скважин на начальном этапе эксплуатации. Мутновский продуктивный геотермальный резервуар с температурой 260-310°C и объемом 16 км3 приурочен к пересечению нормальных разломов NNE- и NE-простирания (плоско-ориентированные продуктивные зоны), что соответствует геометрии инжекций даек. Применение iTOUGH2-моделирования позволило оценить фильтрационно-емкостные свойства продуктивного Мутновского резервуара: проницаемость 90-600 мД, приток глубинного теплоносителя 80 кг/с с энтальпией 1420 кДж/кг. Моделирование также использовано для воспроизведения истории эксплуатации Мутновского резервуара начиная с 2000 г. с фактической продукцией 48 MWe в 2016 г., прогнозное моделирование показывает возможность устойчивой продукции 65-83 MWe до 2055 г, при условии бурения дополнительных скважин в SE части резервуара.Продукция может возрасти до 87-105 MWe в случае применения бинарных технологий. Моделирование также показывает чувствительность прогнозных оценок к величине притока из верхнего горизонта локальных метеорных вод. Концептуальное 2D iTOUGH2-EOS1sc термогидродинамическое моделирование Мутновской магмо-гидротермальной системы объясняет ее формирование в течение 1500-5000 лет за счет теплового питания при инжекции даек из активного жерла Мутновского-4 и водного питания через жерла потухших вулканов Мутновский-3 и Мутновский-2.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. В статье Kiryukhin A.V., Polyakov A.Y., Usacheva O.O., Kiryukhin P.A. THERMAL-PERMEABILITY STRUCTURE AND RECHARGE CONDITIONS OF THE MUTNOVSKY HIGH TEMPERATURE GEOTHERMAL FIELD (KAMCHATKA, RUSSIA) // Journal of Volcanology and Geothermal Research 356C (2018) pp. 36-55. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2018.02.010 показано, что вулкан Мутновский действует как инжектор магмы и воды в Северо-Мутновскую зону протяженностью 25 км. Инжекции магмы в виде даек фиксируются плоско-ориентированными кластерами микроземлетрясений (MEQ), большинство из которых происходит в Северо-Восточном секторе вулкана (2x10 км2) на глубине от -4 до -2 км абс., а некоторые магматические внедрения происходят на отметках от -6,0 до -4,0 км абс. в районе продуктивного геотермального резервуара. Водное питание продуктивных резервуаров происходит при таянии ледника Мутновского вулкана (1500 м абс. до 1800 м абс.), что подтверждается данными изотопного состава (δD, δ18O) теплоносителя эксплуатационных скважин до начала эксплуатации. Дачный продуктивный резервуара с температурой 260-310° C и объемом 16 км3 находится на стыке разломов ССВ и СВ простирания, что совпадает с ориентацией инжекций даек. По результатам TOUGH2 моделирования показано, что резервуар способен обеспечить устойчивую продукцию 65-83 МВт эл. до 2055 года, при бурении дополнительных скважин в ЮВ секторе месторождения. Более того, это продукция резервуара может увеличиться до 87-105 МВт, если применить бинарные технологии. Моделирование также показывает, что прогнозные оценки чувствительны к величине притока локальных метеорных вод в процессе эксплуатации. Концептуальное iTOUGH2-EOS1sc термогидродинамическое моделирование Мутновской гидротермальной системы в целом объясняет ее формирование в течение 1500-5000 лет за счет теплового питания в результате инжекции даек через жерло вулкана Мутновского-4 и водного питания за счет инфильтрации воды через жерла вулканов Мутновского-2 и Мутновского-3. 2. В статье А.В. Кирюхин, С.А. Федотов, П.А. Кирюхин МАГМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И УСЛОВИЯ ГЛУБИННОЙ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ КЛЮЧЕВСКОЙ ГРУППЫ ВУЛКАНОВ ПО ДАННЫМ ЛОКАЛЬНОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ И ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ // Вулканология и Сейсмология, №4, 2018 c.3-14 выполнен анализ локальной сейсмичности в пределах Ключевской группы вулканов и вулкана Шивелуч в период 2000–2017 гг., что позволяет выявить последовательность плоско-ориентированных кластеров землетрясений, интерпретируемых как процесс внедрения даек и силлов (магматического фракинга). Геометрия магматических тел отражает геомеханические условия в вулканических аппаратах и фундаменте вулканов. Магматический фракинг в пределах активных вулканических аппаратов приводит к формированию проницаемых резервуаров с вертикальной протяженностью до 35 км (Ключевской) и поперечником до 15 км (Шивелуч) в зависимости от геомеханического состояния вмещающих массивов горных пород. Эти резервуары являются объектами последующей гидротермальной циркуляции с возможностью формирования геотермальных, рудных и нефте-газовых месторождений. Для оценки условий формирования гидротермальных резервуаров используется TOUGH2-EOS1sc моделирование в диапазоне температур до 1200 оС и давлений до 1000 бар. Показана возможность формирования высокотемпературных гидротермальных резервуаров под активными вулканами за счет глубинной циркуляции (до глубин -35 км абс), без необходимости дополнительных тепловых источников магматического происхождения. 3. В статье A. Kiryukhin, V. Sugrobov, E. Sonnenthal. Geysers Valley CO2 Cycling geological Engine (Kamchatka, Russia) // Geofluids Journal, 2018, 17 p. показано, что за период с 1941 по 2017 гг. в Долине Гейзеров происходит очень динамичное поведение гейзеров в естественных условиях: значительные изменения IBE (интервал между извержениями) и характеристик извержений, изменение содержания хлора и других химических элементов. Тем не менее, общая глубинная разгрузка остается относительно стабильной, и поэтому изменения объясняются перераспределением тепломассопотока в результате катастрофических событий 3.06.2007 г. и 3.01.2014 г., приведших к эрозии верхнего водоупорного слоя и инжекции воды в геотермальный резервуар. Замеренные температуры в каналах гейзеров Великан (1994, 2007, 2015, 2016, 2017) и Большой (2015, 2016, 2017) показывают температуру перед извержением при заполнении канала водой ниже температуры кипения при соответствующем гидростатическом давлении, что означает, что извержения гейзеров происходят в режиме СО2 газ-лифта в гейзерных каналах. За период наблюдений с 1941 по 2013 гг., интервал между извержениями гейзера Великан характеризуется постепенным снижением поступления СО2 с последующим значительным снижением поступления СО2 после селя 3.01.2014 г., который повредил гейзерный канал и привел к уменьшению высоты фонтанирования гейзера. 4. В статье А.В. Кирюхин, Н.Б. Журавлев, «Возможности использования Паратунского геотермального месторождения для теплообеспечения Камчатки». ВиС №2 2019 с использованием ранее разработанной термогидродинамической модели показана возможность устойчивой эксплуатации Паратунского геотермального резервуара с использованием погружных насосов при расходе отбора термальных вод до 1375 кг/с, при умеренном понижении давления (до 8 бар) и температуры (до 4 оС) в резервуаре. Это обеспечивает теплопотребление в системах централизованного теплоснабжения Петропавловска-Камчатского. В качестве дополнительных геотермальных источников выработки тепловой энергии могут быть использованы Верхне-Паратунское и Мутновское геотермальные месторождения.