ПЕТРОЛОГИЯ, 2010, том 18, № 5, с. 512-535
УДК 552.323.5
ГЕОХИМИЯ И ПЕТРОГЕНЕЗИС ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ВУЛКАНИТОВ КУРИЛЬСКОЙ ОСТРОВНОЙ ДУГИ © 2010 г. Ю. А. Мартынов*, А. И. Ханчук*, Дж.-И. Кимура**, А. В. Рыбин***, А. Ю. Мартынов*
*Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения РАН просп. 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022, Россия; e-mail: martynov@fegi.ru **Institute for Research on Earth Evolution, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technologh, Yokosuka 237-0061, Japan; e-mail: jkimura@jamstec.go.jp ***Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН ул. Науки, 5, Южно-Сахалинск, 693022, Россия; e-mail: rybin@imgg.ru Поступила в редакцию 27.09.2009 г.
Получена после доработки 2.12.2009 г.
Новые прецизионные аналитические данные по микроэлементам и радиогенным изотопам (Sr, Nd, Pb) свидетельствуют об аномальных геохимических характеристиках основных и средних по составу четвертичных лав трех наиболее крупных островов Курильской островной дуги — Парамушир на севере, Куна-шир и Итуруп на юге. Высокие концентрации калия, легких лантаноидов в вулканических продуктах о-ва Парамушир являются следствием распространения на юг тепловой мантийной аномалии Камчатского полуострова, с вовлечением в магмогенезис расплавов, связанных с плавлением океанических осадков. Деплетированные характеристики основных эффузивов двух других островов связаны с относительно молодыми тектономагматическими событиями на этапе раскрытия Курильской задуговой котловины. Формирование Курильской островодужной системы происходило на гетерогенном фундаменте. Северные острова являются продолжением вулканических структур Южной Камчатки, развивающихся над изотопно-деплетированной и разогретой литосферной мантией, близкой по составу к тихоокеанскому MORB-типу. Южные острова формировались над изотопно-обогащенной и "холодной" литосферой индийского MORB типа, преобразованной в результате относительно молодых задуговых тектономагмати-ческих процессов. Хотя вопросы происхождения поперечной геохимической зональности не входили в задачу данного исследования, достаточно однородный изотопный состав тыловодужных лав, при отсут-свии минералогических и геохимических признаков коровой контаминации, позволяет предполагать самостоятельный магматический источник.
Островодужные системы являются ключевыми структурными элементами плитовой тектоники, зонами активного взаимодействия вещества коры и мантии, формирования новых глубинных геохимических резервуаров. Изучению этих структур уделялось и уделяется огромное внимание, но многие аспекты их функционирования до сих пор остаются непроясненными. В полной мере это относится к магматическим породам, значительно более комплексным по своему генезису, чем, например, базальты срединно-океанических хребтов (MORB) или океанических островов (OIB). Кроме надсуб-дукционной мантии, в островодужном магмогене-зисе значительную роль играют субдукционные компоненты, образованные в результате дегидратации или плавления океанической коры и осадков. Дополнительную неопределенность вносят "несуб-дукционные" факторы: варьирующий геодинамический режим, гетерогенность литосферной мантии (Arculus, 1994; Pearce et al., 2005 и др.), коровая контаминация (например, Kimura, YOshida, 2006), активность задуговых тектономагматических событий (Pearce, Parkinson, 1993 и др.), трансформных разломов (Авдейко и др, 2001) и др.
Важнейшим инструментом оценки вклада различных компонентов в магмогенезис является изучение пространственно-временных вариаций составов магматических пород. Для Курильских островов такая информация носит ограниченный характер (Bailey, 1996; Ishikawa, Tera, 1997). В настоящей статье вопросы продольной и поперечной латеральной зональности четвертичных вулканитов рассматриваются на основе новых микроэлементных и изотопных данных, полученных с использованием современной элементной аналитической базы
Островодужные системы Северо-Восточной Японии и Курил формировались в позднем кайнозое на восточной окраине Евразиатского континента в ассоциации с тыловодужными морскими котловинами Японского и Охотского морей. Если субдукци-онные процессы в пределах Северо-Восточной Японии изучались очень интенсивно, включая магматические проявления, связанные с открытием задугового бассейна (Goto et al., 1995; Kimura, Yoshi-da, 2006; Okamura et al., 1998, 2005 и др.), то данные по Курильской островной дуге ограничены. Первое монографическое обобщение геофизических, геологических, петрографических и петрохимических дан-
ных было выполнено Г.С. Горшковым (1967). В настоящее время эта работа представляет интерес, главным образом, детальным описанием морфологии и строения важнейших вулканических центров. Б.Н. Пискуновым (1987) на основании сопоставления разрезов вулканогенных и вулканогенно-осадоч-ных пород выделены региональные вулканические комплексы и реконструированы условия их формирования. В работе В.И. Федорченко с соавторами (1989) обобщены данные по характеру распределения и составам ксенолитов в четвертичных лавах.
Информация по микроэлементному, и особенно изотопному, составу четвертичных вулканитов немногочисленна и ограничена отдельными вулканическими центрами (Bailey et al., 1989; Мартынов и др., 2005). После пионерской работы Д.З. Журавлева с соавторами (Журавлев и др., 1985) новые аналитические данные по изотопии неодима, например, появились лишь для некоторых вулканов о-ва Итуруп (Bindeman, Bailey 1999) и прилегающей акватории Курильской глубоководной котловины (Baranov et a!., 2002). Практически отсутствуют данные по изотопии свинца.
Вопросы магмогенезиса курильских лав наиболее детально, на современном аналитическом материале, рассмотрены в работе (Ishikawa, Terra, 1997). Отмечая линейную корреляцию 511B с 87Sr/86Sr и Nb/B, авторы связывали поперечную геохимическую зональность со смешением двух изотопно-гомогенных компонентов — субдукционного флюида и мантийного клина. С учетом сравнительно высоких значений Nb/B отношений в двух образцах тыловодуж-ных вулканитов центрального и южного звеньев не исключался и вклад в магмогенезис ювенильного мантийного материала. Важная роль флюидной фазы в происхождении магматических пород фронтальной зоны отмечалась рядом авторов (Журавлев и др., 1985; Богатиков, Цветков, 1988; Подводный вулканизм..., 1992; Bindeman, Bailey, 1999). Некоторые исследователи (Подводный вулканизм., 1992; Bindeman, Bailey 1999) предполагали прогрессивное изменение состава магматического источника по направлению к тыловой зоне островной дуги.
Слабая продольная геохимическая зональность Курильской островной дуги со сменой состава вулканитов от преобладающего низкокалиевого до умеренно-калиевого типов (Popolitov, VOlynets, 1982; Bailey et al., 1989; Подводный вулканизм..., 1992) рассматривалась как следствие небольшого различия в литологии субдуцирующего осадка на северном и южном отрезках (Bailey, 1996; Ishikawa, Terry, 1997). В работе (Подводный вулканизм., 1992) акцент делался на локализацию лав повышенной калиевой щелочности в местах сочленения разноори-ентированных флангов дуги на севере (о. Параму-шир) и в центральной части (о. Симушир).
КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
Курильская островодужная система состоит из Курило-Камчатского глубоководного желоба, Большой Курильской вулканической гряды и Курильской глубоководной котловины (рис. 1). При постоянной скорости конвергенции около 8.6 см/год, возраст океанической коры вблизи Курило-Камчат-ского желоба колеблется от 90 до 118 млн. лет, увеличиваясь в южном направлении. Древнему возрасту океанической плиты соответствует и максимальная глубина землетрясений, достигающая 650 км. Все участки островной дуги классифицируются как зоны умеренного сжатия (Bailey, 1996).
Курило-Камчатский глубоководный желоб заполнен океаническими осадками с примесью континентального материала (17—80 об. %), кремнистого биогенного происхождения (около 9 об. %), вулканического пепла (первые об. %) и небольшого количества карбонатов. Пропорция континентального вещества в осадке увеличивается в южном направлении (Ishikawa, Tera, 1997).
Начало формирования Большой Курильской вулканической дуги относится к раннему миоцену или олигоцену. Ее общая протяженность превышает 1150 км при ширине 100 до 200 км. Традиционно выделяются северная, центральная и южная зоны, или сектора (рис. 1). Поверхность погружающейся Тихоокеанской океанической плиты располагается под вулканическим фронтом на глубине 94.2 км (южный сектор) и 92 км (северный сектор) (Syracuse, Abers, 2006). Слабо изменяется мощность коры (28—33 км в южной зоне, 25—30 в центральной, 32—36 в северной) (Злобин и др., 1987). Кроме значительной мощности, о континентальной природе коры свидетельствует присутствие на всем протяжении дуги ксенолитов метаморфических пород (плагиоклаз-пироксеновых гранулитов, кристаллических сланцев) (Подводный вулканизм., 1992). В пределах вулканического фронта преобладают оливин-пироксеновые габбро-иды (габбро, габбро-нориты, габбро-анортозиты), иногда встречаются алливалиты, троктолиты, эвкри-ты, гранитоидные (о-ва Парамушир, Симушир, Ку-нашир). В тыловой зоне встречаются амфиболовые габбро и гипербазиты. Включения габброидов и метаморфических пород в тыловодужных лавах обогащены Ti, щелочами, Rb, Ba, Sr, Ni, Cr, Zn, но обеднены Cr, Y Pb, Sn (Подводный вулканизм., 1992).
Вулканические и вулканогенно-осадочные породы, слагающие острова, подразделяются на два структурных яруса. Нижний сформирован умеренно деформированными позднекайнозойскими отложениями (ранне-среднемиоценовые—плиоценовые), верхний — слабо деформированными четвертичными плейстоцен-голоценовыми эффузивами. Вулканические породы обоих структурных ярусов варьируют по составу от базальтов до риолитов, но базальты и андезиты преобладают (Подводный вулканизм., 1992).
Рис. 1. Схематическая карта Курильских островов и Курильской тыловодужной котловины. Цифрами на карте показаны опробованные вулканы: 1— 3 — Тятя; 4—6 — Меньшой Брат и Кудрявый; 7 — Львиная Пасть; 8 — Богдана Хмельницкого; 9 — Брат Чирпоев; 10— Броутона; 11—13 — Ура
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.