ГЕОХИМИЯ, 2014, № 8, с. 675-688
ГЕОХИМИЯ ГРАНИТОИДОВ ФУНДАМЕНТА КУРИЛЬСКОЙ ОСТРОВОДУЖНОЙ СИСТЕМЫ © 2014 г. Е. П. Леликов, Т. А. Емельянова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43 e-mail: lelikov@poi.dvo.ru, emelyanova@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 11.01.2013 г. Принята к печати 12.03.2013 г.
Приведена характеристика гранитоидов тихоокеанского склона Курильской островной системы, впервые установленных авторами при геолого-геофизических работах в трех рейсах на научно-исследовательском судне "Академик М. Лаврентьев". Определены петрогеохимические особенности этих пород, показана их роль в формировании подводного хребта Витязя, проведено сравнение с гранитоидами Броутоновсой группы подводных вулканов, ксенолитов острова Симушир и Охотского моря. Гранитоиды из различных структур фундамента Курильской островной системы представляют собой гипабиссальные образования, производные андезитовой магмы. Они обладают общими чертами, что обусловлено их формированием на континентальной коре в конвергентных геодинамических условиях, связанных с напряжением сжатия при перемещении и погружении Тихоокеанской плиты под Азиатский континент. Рассмотрена проблема фундамента Курильской островодужной системы, определены состав и возраст слагающих его пород и приведена краткая история геологического развития тихоокеанского склона дуги с позднего мезозоя.
Ключевые слова: Курильская островодужная система, хребет Витязя, геологический фундамент, гранитоиды, геохимия, радиоизотопный возраст.
DOI: 10.7868/S0016752514080044
ВВЕДЕНИЕ
В составе Курильской островной системы выделяются три крупных структурных элемента: фронтальная область, включающая тихоокеанский склон дуги в составе подводного хребта Витязя и островов Малой Курильской гряды, Большая Курильская гряда и тыловая зона, примыкающая к Большой Курильской гряде в виде подводных вулканических хребтов со стороны Охотского моря. Тихоокеанский склон Курильской островодужной системы начинается от береговой линии Курильских островов и протягивается до оси желоба. Ширина его 180— 200 км. В верхней части склона выделяется подводный хребет Витязя, прослеживающийся от Малой Курильской гряды до траверза Камчатского мыса. Изучение геологического строения фронтальной области (тихоокеанского склона дуги) важно для понимания истории развития и происхождения Курильской дуги, поскольку она непосредственно граничит с Тихоокеанской плитой, и в ее пределах на поверхность морского дна выходят породы фундамента всей островной системы. Определение состава и возраста фундамента важно для понимания происхождения островной дуги, поскольку эти данные позволяют оценить время заложения и ее дальнейшую эволюцию. Вопросы, связанные с составом и временем формирования фундамента Большой Курильской гряды решались на основании, единичных находок метаморфических и интрузивных по-
род, встречающихся виде ксенолитов в лавах Курильских островов [1]. На основании этих данных К.Ф. Сергеев [2] предполагал наличие под этой грядой складчатого фундамента герцинского или мезозойского возраста, переработанного последующими тектоническими движениями. В тектоническом плане Малую Курильскую гряду и хребет Витязя он рассматривал как стабильную тектоническую структуру, служившую упором для распространения кайнозойских складчатых движений в смежной с ней зоне Большой Курильской гряды и представляющую собой остаточное геоантиклинальное поднятие позднекайнозойской геосинклинальной области. По Б.И. Васильеву [3] весь островной блок и хребет Витязя являются частью складчатой области, сформированной в результате заключительных этапов мезозойского орогенеза.
На подводных структурах тихоокеанского и охо-томорского склонов дуги на хребте Витязя и Броуто-новской группе вулканов установлены выходы тер-ригенных и интрузивных пород, прослеженные на многие километры геофизическими методами и драгированием [3—7], которые могут быть отнесены к фундаменту островодужной системы. Геологическое строение хребта Витязя, рельеф дна и подробная характеристика терригенных и вулканогенных пород приведены в более ранних работах авторов [6—8].
Целью настоящей работы является геохимическая характеристика гранитоидов мелового и эо-
ценового возраста, впервые обнауженных нами на подводном хребте Витязя при морских геологических работах, определение геохимических особенностей этих гранитоидов, их роли в формировании хребта, а также сравнение с гранитоидами Броуто-новсой группы подводных вулканов [5], ксенолитов острова Симушир [1] и Охотского моря.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Геологическое опробование в рейсах выполняли драгированием морского дна. Для этого использовали цилиндрическую драгу диаметром 60 см и штатную судовую траловую лебедку. Драгирование выполняли по ранее разработанной методике, хорошо зарекомендовавшей себя в рейсах НИС "Академик М. Лаврентьев". Она заключалась в выборе по данным эхолотного промера и сейсмического профилирования крутых не перекрытых современными осадками участков морского дна [6, 7]. Поднятые в драге горные породы документировали, отбирали образцы для дальнейшей обработки и изучения в лабораторных условиях. При драгировании подводных структур грани-тоиды поднимались как в виде угловатых обломков, так и в виде округлых глыб, валунов и галек, что, по мнению ряда исследователей [4], является следствием переноса этих пород льдами с окружающей суши. Однако их окатаность связана с нахождением пород в прибрежно-морских условиях при выведении структур на поверхность тектоническими процессами в палеоцен-эоценовое время. Эти валуны и гальки могут представлять собой материал разрушения конгломератов второго и третьего комплексов [6]. Кроме того в палеогеновых полимикто-вых песчаниках (станции 37-17, 37-20, 37-23) встречается неокатанный гранитный материал в виде обломков пород и минералов из них, т.е. источником питания этих отложений служили размываемые гранитные массивы позднемелового комплекса. Седиментация в условиях близости островной суши установлена для палеогеновых отложений подводного хребта Витязя [9]. На ближайших участках суши — Курильских островах — не обнаружено грани-тоидов аналогичного состава и возраста. Таким образом, изложенные данные позволяют считать образцы горных пород, поднятые при драгировании, коренными образованиями, характеризующими геологическое строение хребта Витязя.
Лабораторные исследования горных пород заключались в петрографическом изучении, анализе методом "мокрой химии", определении редкоземельных и редких элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре Agilent 7500 c (Agilent Technologies, США) в аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток), анализе минералов на микрозонде JXA-8100 в ДВГИ ДВО РАН. Возраст гранитов определен K-Ar методом в ИГЕМ РАН (г. Москва) В.А. Лебедевым. Содержание радиогенного аргона определяли на масс-спектрометре
МИ-1201 ИГ методом изотопного разбавления с применением трассера 38Аг; содержание калия измеряли методом пламенной спектрофотомет-рии на модернизированном спектрометре ФПА-01. Точность измерений контролировали систематическими измерениями содержания 40Аград в стандартных образцах " биотит-70А", мусковит "Р-207" и мусковит "Вегп-4М", а также измерением изотопного состава воздушного аргона. При расчете возраста использованы константы: = 0.581 х 10-10 год-1, Хв_ = 4.962 х 10-10 год-1, 40К = 0.01167 (ат. %).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ
Строение фундамента Курильской островодужной системы
Земная кора Курильского островного поднятия характеризуется континентальным типом строения. Общая ее мощность порядка 30.0 км. Она состоит из осадочно-вулканогенного слоя мощностью не более 5.0 км, ниже которого залегает слой со скоростями продольных волн 6.0-6.3 км/с толщиной 8-10 км. Еще ниже залегает базальтовый слой мощностью 12-16 км, граничные скорости вдоль поверхности которого составляют 7.0-7.1 км/с [10]. В пределах Большой Курильской гряды с ее многочисленными современными вулканами не установлены выходы пород второго ("гранитно-метаморфического") слоя. Они встречаются только в виде "ксенолитов роговиков, окварцованных пород и кварцитов, представляющих собой метаморфизо-ванные первично-осадочные и эффузивные образования осадочного слоя земной коры" [1]. На хребте Витязя и Броутоновской группе вулканов установлены породы, которые могут быть отнесены к фундаменту островодужной системы. Хребет Витязя отделяется от Большой Курильской гряды междуговым прогибом. Глубина поверхности хребта колеблется от 150-200 м до 900-1000 м. Его геологию мы изучали в 37-м (2005 г.), 41-ом (2006 г.) и 52-ом (2010 г.) рейсах НИС "Академик М. Лаврентьев". Наряду с геофизическими исследованиями мы проводили геологические работы для получения образцов горных пород. Здесь было выполнено 46 станций драгирования; были подняты разнообразные породы, слагающие его фундамент и осадочный чехол (рис. 1). На основании геолого-геофизических данных этих рейсов с использованием материалов Б.И. Васильева [3] составлена Геологическая карта тихоокеанского склона Курильской дуги (рис. 2).
На основании определений радиоизотопного возраста, геохимических, петрографических и палеонтологических данных породы разделили на несколько возрастных комплексов. Магматические породы подразделяют на позднемеловой, эоцено-вый, позднеолигоценовый, миоценовый и плиоцен-плейстоценовый комплексы; вулканогенно-осадочные - на позднемеловой-раннепалеоцено-
50°
49°
48°
47°
46°
45°
50°
49°
- 48°
- 47°
46°
45°
150°
151°
152°
153°
154°
155°
156°
157°
Рис. 1. Схема расположение станций драгирования
1 — Броутоновсая группа вулканов [4, 5]; 2 — подводный хребет Витязя: 37-14—37-19 — станции 37 рейса, 41-21—41-24 — 41 рейса, 52-1-52-17 — 52 рейса НИС "Академик М. Лаврентьев"; 3 — ксенолиты в вулканитах острова Симушир [1].
вый (поздний кампан-дат), палеогеновый нерас-члененный, олигоцен-раннемиоценовый и плиоцен-плейстоценовый комплексы. К образованиям фундамента
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.