УДК 552.32:550.902.66(571.65/66)
ЭВОЛЮЦИЯ ИЗВЕСТКОВО-ЩЕЛОЧНЫХ МАГМ ОХОТСКО-ЧУКОТСКОГО
ВУЛКАНОГЕННОГО ПОЯСА © 2011 г. В. В. Акинин*, Э. Л. Миллер**
*Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт ДВО РАН ул. Портовая, 16, г. Магадан, 685000, Россия; e-mail: akinin@neisri.ru **Stanford University, CA 94305,USA Поступила в редакцию 02.07.2010 г.
Получена после доработки 15.08.2010 г.
Исследованы петролого-геохимические и изотопно-геохронологические аспекты эволюции известково-щелочного магматизма Охотско-Чукотского вулканогенного пояса (ОЧВП) в его Западно-Охотской фланговой зоне, Охотском секторе и Восточно-Чукотской фланговой зоне. В ОЧВП — тектонотипе окра-инно-континентальных вулканогенных поясов — сосредоточены значительно большие объемы кислого игнимбритового вулканизма, чем в зрелых островодужных системах (ЗОС — Курило-Камчатской и Алеутской) и в Андийском окраинно-континентальном поясе. Вулканические породы окраинно-континен-тальных вулканогенных поясов (ОЧВП, Андийский) отличаются от таковых в ЗОС повышенными концентрациями K, Ti, P и трендом в область высококалиевых известково-щелочных серий. Среди андезитов ОЧВП пока не обнаружено примитивных разностей (Mg# > 0.6), имеются относительно известковистые разности, неизвестные в структурах Андийского типа, и значительную долю составляют умеренно-щелочные породы, не характерные для ЗОС. Вариации примесных и главных элементов в базальтах и андезитах ОЧВП интерпретированы как отражение конкурирующих процессов ассимиляции/смешения и фракционной кристаллизации при эволюции родительской базальтовой магмы. Показана существенная латеральная неоднородность мантийных источников известково-щелочных магм вдоль ОЧВП на протяжении более 2500 км. Первичные изотопные отношения Sr, Nd, Pb в вулканитах Охотского сектора относительно деплетированы и близки к линии смешения компонентов PREMA и BSE. В Западно-Охотской фланговой зоне источник магм наиболее обогащенный, близкий к EMI, а в Центрально- и Восточной-Чукотской зонах содержит примеси компонента EMII. Проведено масштабное изотопно-геохронологическое изучение всех главных стадий вулканизма ОЧВП с помощью U-Pb SHRIMP и ID-TIMS датирования циркона (86 образцов) и 40Ar/39Ar датирования (73 образца). В целом для ОЧВП устанавливается прерывистый характер магматизма от среднего альба до раннего кампана (106—77 млн. лет). По латерали пояса вулканизм асинхронен. Выделятся несколько пиков вулканизма с модами около 105, 100, 96, 92.5, 87, 82 и 77 млн. лет. Коньяк-сантонские пики относятся к наиболее объемным стадиям среднего и позднего циклов кислого вулканизма. Реконструируется спад/перерыв магматической активности в конце сеномана—начале турона. Завершают извержения плато-базальты с возрастом около 76—78 млн. лет, которые фиксируют изменение геодинамической обстановки с фронтальной субдукции на режим трансформной окраины с локальным растяжением в поперечных к сдвигу зонах. С учетом новых более надежных датировок в отдельных крупных кальдерах реконструируется катастрофический характер извержений с достаточно узким интервалом вулканизма (<2 млн. лет). Скорость вулканических накоплений в таких структурах достигала 0.15—0.36 км3/год и более.
ВВЕДЕНИЕ
Охотско-Чукотский вулканогенный пояс (ОЧВП) — огромная провинция мелового известко-во-щелочного магматизма на окраине Северо-Ази-атского континента. Это крупнейший на западе Па-цифики окраинно-континентальный пояс андийского типа, отличающийся от Анд субстратом заложения (мощность, состав и возраст коры). Протяженность ОЧВП составляет около 3250 км (от устья р. Уда в Хабаровском крае до п. Чаплино на Восточной Чукотке) при ширине от 100 до 350 км. Общий объем изверженного материала в ОЧВП оценивается в более чем 1 млн. км3 (Белый, 1977; 1994), близкие значения мы получили, используя
ГИС-инструменты и среднюю мощность вулканических накоплений по геофизическим данным (около 2 км). Оценка объема является минимальной, так как не учитывается эродированный и унесенный фреатический материал, таким образом, может быть, как минимум, удвоена, исходя из данных по современному вулканизму Камчатки (например, Фролова и др., 1985). Если бы не растянутая во времени история развития пояса, то можно было бы рассматривать некоторые сегменты пояса как гигантскую провинцию кислого вулканизма (felsic LIP, Bryan, Ernst, 2007). Наиболее популярна гипотеза о надсубдукционной природе ОЧВП (например, Зоненшайн и др., 1976; Парфенов, 1984), однако сложная конфигурация и сегмента-
130°
140°
150°
160° 170° 180°
170°
Рис. 1. Схема площади Охотско-Чукотского вулканогенного пояса в континентальном обрамлении Северо-Востока Азии. Названия главных сегментов и фланговых зон пояса даны по В.Ф. Белому (1977). Серым фоном показан основной объем альб-кампанских известково-щелочных магм ОЧВП, черным — площади выходов финальных кампанских плато-базальтов, "допоясовые" островодужные вулканогенно-осадочные комплексы показаны косой штриховкой. В кружках цифрами обозначены ключевые изученные разрезы вулканических пород (номера соответствуют колонкам на рис. 2). Врезки: (а) — схема размещения вулканогенных поясов на Северо-Востоке Азии и их омоложение относительно Па-леопацифики (УМ — Уда-Мургальский, ОЧВП — Охотско-Чукотский, БА — Бристольско-Анадырский, КК — Коряк-ско-Камчатский, КУК — Курило-Камчатский). Линиями показаны границы главных террейнов, косой штриховкой — докембрийские кратоны и срединные массивы в основании поясов — Сибирский кратон (СК), Охотский массив (Ох), Омолонский массив (Ом), по (Парфенов и др., 1999); (б) — гистограмма распределения возраста магматических пород Северо-Востока Азии с пиком в меловом возрасте; (в) — распределение площади выходов магматических пород разного возраста на Северо-Востоке Азии, с доминированием меловых пород (Акинин, Ворошин, 2006).
ция пояса, далеко вдающиеся в континент линейные вулканогенные прогибы и обширные поля иг-нимбритов (рис. 1) заставляют привлекать иные геодинамические режимы для объяснений отдельных его участков и секторов.
Актуальность изучения этого уникального геологического феномена несомненна как в теоретическом плане, так и в практическом. Хорошая сохранность вулканических разрезов и широкое развитие вулкано-плутонических ассоциаций в поясе позво-
ляют исследовать фундаментальные вопросы петрологии (флюидный режим и генезис надсубдукцион-ных магм, происхождение андезитов и игнимбри-тов, процессы фракционирования магм в коровых условиях, причины цикличности и прекращения вулканической деятельности, различие в эволюции магм в современных островных дугах и древних окраинно-континентальных поясах). Проблема происхождения андезитов актуальна в связи с разработкой новой глобальной тектоники, альтернативных тектонических представлений. Основные гипотезы и подтверждающие их экспериментальные разработки по проблеме генезиса андезитов (SiO2 57—63 мас. %) базируются на материалах по четвертичному вулканизму зрелых островных дуг, где их доля не превышает 10—15% от объема всех вулканитов, и по неоген-четвертичному вулканизму континентальных окраин Андийского типа, где объем таких пород не превышает 100 тыс. км3. Проблемы генезиса андезитов на примере Восточно-Азиатской системы окраинно-материковых вулканогенных поясов разработаны не столь детально, хотя именно в этих структурах накоплены их наибольшие количества. Так, в ОЧВП — тектонотипе окра-инно-материковых вулканогенных поясов — сосредоточена самая крупная в мире формация андезитов, объем которой достигает 370 тыс. км3 (Белый, 1994). Пространственно-временные особенности формирования ОЧВП являются критическими для понимания тектонической эволюции северо-восточной окраины Азии, механизмов вулканических процессов в окраинно-континентальных поясах и фундаментальных причин затухания надсубдукци-онного вулканизма. Возраст заложения, степень и тип деформаций, петрогенезис продуктов вулканической активности и продолжительность извержений в Охотском секторе ОЧВП принадлежат к ключевой информации, которая необходима для оценки валидности существующих блоково-коллизионных моделей происхождения прилегающего Охотского моря (Sengor, NataTin, 1996; Богданов, Добрецов, 2001). ОЧВП — типичный перекрывающий комплекс (overlap) в терминологии террейнового анализа, возраст слагающих его недислоцированных вулканитов ограничивает время предшествующих глобальных аккреционно-коллизионных тектонических событий.
Гигантский общий объем изверженных вулканических пород, катастрофичность вулканизма в отдельных кальдерах и супервулканах пояса предполагают влияние этого феномена на изменение климата и биосферы в позднем мелу Северной Пацифики. Детальное исследование разрезов вулканических пород с остатками флоры может иметь важное значение для понимания причин вымирания ангио-сперм и океанических аноксических событий на границе сеномана—турона. Последнее событие (СТВ, Cenomanian-Turinian Boundary) имеет возраст около 93.5 млн. лет, совпадает с массовым вымира-
нием бентосных фораминифер и с пертурбацией глобального цикла углерода. Примечательно, что СТВ совпадает с главными вспышками окраинно-континентального надсубдукционного вулканизма в Кордильерах Северной Америки и в ОЧВП. Нарастание извержений вулканического пепла поставляет дополнительное питание в виде элементов группы железа в океан, генерируя глобальный расцвет фитопланктона, что в свою очередь приводит к обеднению океана кислородом. В парниковых условиях мелового периода океаническая система была уязвима для аноксии; возрастание биологической продуктивности лишь на 50% было достаточным, чтобы вызвать гипоксию (концентрация кислорода <120 микромолей) или расширить минимальную зону кислорода до глубин 2200 м (Sinton, Duncan, 1997). Большие объемы извержений пепла приводят к существенному превышению этих порогов, что позволяет предполагать, что событие СТВ прямо связано с вулканизмом надсубдукционных зон.
В практическом плане исследование ОЧВП важно для научного обоснования направления поисков и разведки месторождений благородных металлов; за последние 70 лет
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.