Тепломассоперенос, сейсмичность и минеральные преобразования в гидротермальных и вулканических системах, термогидродинамическое-геохимическое-геомеханическое моделирование, приложения для оценки геотермальных ресурсов, прогноза катастрофических гидротермальных процессов, извержений вулканов и сильнейших землетрясений

Объектом исследования являются процессы транспорта и аккумуляции геофлюидных фаз (жидкой, газовой и магмы) в земной коре в областях активной вулканической деятельности (на примере Ключевской группы вулканов, Мутновского и Паратунского геотермальных районов, Узон-Гейзерной кальдеры и Корякско-Авачинского вулканогенного бассейна). Целями исследования являются выяснение геодинамических и геохимических условий формирования геотермальных месторождений и гидротермальных систем (в том числе гейзеров), механизма магматической деятельности активных вулканов, роли геофлюидных фаз в генерации сильнейших землетрясений. Для достижения поставленных целей были использованы методы термогидродинамического (TOUGH2) и геохимического (TOUGHREACT) моделирования, геомеханической интерпретации сейсмических данных (Frac-Digger), натурные наблюдения за режимом гидротермальных разгрузок (в том числе с применением Cl-трассерного метода (патент) и мониторинга НКГ на МГеоЭС (патент)), геологического картирования объектов исследования. Получены следующие результаты: (1) Исследована магматическая активность Мутновского вулкана в 2023-2024 гг., приведшая к формированию кратера объемом 0.35 млн. м3 на месте фонтанирующей скважины 022. (2) Проанализированы примеры низкотемпературных азотных (LT N2) геотермальных систем мира, на примере тестовой радиально-цилиндрической (RZ) термогидродинамической модели Верхне-Паратунской гидротермальной системе показана принципиальная возможность формирования циркуляционной гидротермальной системы в структуре радиусом около 15 км и глубиной циркуляции -3 км в течение первой тысячи лет. Построена трехмерная численная (3D) термогидродинамическая модель Верхне-Паратунской и Паратунской низкотемпературной азотной геотермальной системы в целом. (3) Показано, что магматическая активность под вулканом Шивелуч в 2000-2023 гг. проявилась в инжекции даек и силлов (выявленных методом Frac-Digger) с повышенной концентрацией в интервалах глубин от -1 до +1 км и от -3 до -2,5 км и даек северо-восточного простирания в направлении к Ключевскому вулкану. Во многих случаях (28.10.2010, 03.12.2013, 30.12.2018, 10.04.2023) пароксизмальным извержениям вулкана Шивелуч предшествовала сейсмическая активность в глубинной магматической камере Ключевского вулкана. (4) С применением термогидродинамического моделирования выявлено, что гейзерный резервуар и вулкан Кихпиныч образуют совместную магмо-гидротермальную систему, с конвективной разгрузкой из структуры вулкана Кихпиныч в прилегающую Долину Гейзеров. Для уточнения параметров гидротермальной разгрузки (массовых расходов воды и хлоридов, объемов извержений гейзеров, циклической составляющей массовой разгрузки и сезонных вариаций) был применен хлоридный трассерный метод (получен патент). (5) Изучены закономерности временных вариаций параметров сейсмического процесса на основе концепции информационной определенности, а также их связи с геофлюидодинамическими условиями в зоне подготовки очагов сильнейших Тихоокеанских землетрясений. Уточнены прогнозы сейсмической опасности для Курило-Камчатской дуги по базовой методике на период январь 2024 – декабрь 2028 гг. Результаты научной работы могут быть применимы в области геотермальной энергетики, изучения условий формирования и эксплуатации геотермальных месторождений в вулканогенных резервуарах, для прогноза магматической и эруптивной активности вулканов и сейсмической опасности.