ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 6, с. 3-25
УДК 551.21+550.42
ГЕОХИМИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД КАРЫМСКОГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА
© 2009 г. Е. Н. Гриб1, В. Л. Леонов1, А. Б. Перепелов2
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006 2 Институт геохимии СО РАН, Иркутск, 664033 Поступила в редакцию 23.12.2008 г.
Изучены петро- и геохимические особенности пород Карымского вулканического центра (КВЦ), который является наиболее крупным в Восточном вулканическом поясе Камчатки. Формирование КВЦ происходило ритмично, начиная с конца плиоцена, с образованием последовательных дифференцированных комплексов пород. Закономерное изменение макро- и микроэлементов в вулканических породах КВЦ объясняется процессами фракционирования минеральных фаз из исходного расплава. При этом происходило обогащение остаточных расплавов щелочами, литофильными элементами (КЬ, Ва, 8г, РЬ, ТЬ, и, РЗЭ) и истощение когерентными элементами (N1, Сг, 8е, Т1). Результаты геохимического исследования вулканических пород КВЦ указывают на принадлежность их к типичным островодужным образованиям. Отношения несовместимых элементов предполагают двухкомпонентную систему маг-мообразования: обедненный мантийный источник ^-МОИВ) и надсубдукционные флюиды (острово-дужный компонент). Вероятны процессы контаминации расплава в кровле промежуточного очага ме-тасоматизированным субстратом, добавка кумулусных кристаллических фаз (и расплавов) более ранних этапов магмообразования в КВЦ.
ВВЕДЕНИЕ
Геологическое строение Карымского вулканического центра, история развития вулканизма в нем, изучены достаточно хорошо [2, 4, 5, 7-10, 12, 14-16, 20-22, 24, 25, 28 и др.]. Закономерное изменение составов вулканитов, длительное и ритмичное развитие вулканического центра в плиоцен-четвертичное время позволили рассматривать его как элементарную ячейку Восточного вулканического пояса [7]. Были проведены детальные исследования по изучению состава пирокластических отложений, связанных с формированием кальдер [8-10, 22] и степени комагматичности оливинсодержащих базальтов [12]. Большой статистический объем данных по составам минералов позволил выработать критерии по расчленению пемзовых туфов и игним-бритов и увязать их с конкретными кальдерами. Установлено зональное строение верхнекоровых магматических очагов и связь их с более глубокими промежуточными очагами базальтового состава, о чем свидетельствует гетерогенность пирокластических отложений. Для построения концептуальной модели развития КВЦ и выявления источников ро-доначальных магматических расплавов необходимы данные по геохимии магматических пород центра. В данной работе приводятся первые результаты петро- и геохимических исследований всего спектра вулканических пород Карымского вулканического центра, проведен анализ их изменения в различных секторах структуры и во времени, сделана оценка роли различных источников в генезисе расплавов.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КВЦ
Карымский вулканический центр (КВЦ) представляет собой сложное структурное образование, состоящее из множества вулканических построек дифференцированного состава и ряда кальдерных структур, динамически развивающихся во времени. Центр имеет размеры 55 х 65 км, он несколько вытянут в северо-восточном направлении вдоль вулканического пояса (рис. 1). За примерно 2 млн. лет развития вулканизма в его пределах общий объем вынесенного на поверхность вулканического материала составляет 1700 км3 [7]. Ранее время формирования кальдер оценивалось в 180-150 тыс. лет [7]. В последние годы получены датировки игнимбри-тов Карымского центра Аг-Аг методом [20], которые показывают, что процесс формирования иг-нимбритов и кальдер в районе был более длительным. Он начался в эоплейстоцене, когда около 1.1-1.2 млн. лет назад сформировались кальдеры северного сектора (кальдерный комплекс Стена-Соболиный), и продолжился на юге, где около 430 тыс. лет назад сформировалась кальдера Половинка (Крайняя). Образование этих кальдер сопровождалось мощными извержениями пирокластики, в результате чего обширные поля на периферии центра оказались покрыты пемзовыми туфами и игнимбритами дацитового и риодацитового состава. Объем выброшенной при этих извержениях пирокластики оценивается в 280 км3 [7, 24], что в пересчете на магму дает около 100 км3 [22].
Рис. 1. Космический снимок района КВЦ. 1 - вулканы; 2 - кальдеры: 1 - Стена-Соболиная, 2 - Половинка, 3 - Однобокая, 4 - Академии Наук, 5 - Карымский; 3 - термальные источники; 4 - места отбора проб с повышенным содержанием редкоземельных элементов, цифры обозначают номер образца.
Формирование кальдер и связанных с ними покровов туфов и игнимбритов, явилось заметным рубежом в истории вулканического центра. Ранее вулканизм в районе был преимущественно базальтовым, андезибазальтовым. В этот период сформировались такие вулканы, как Жупановские Востря-ки, Дитмара, Крайний, Разлатый, Соболиный, Стена, Прибрежный Южный, Прибрежный Северный, Березовый и другие. Вулканы были рассредоточены на обширной площади и не составляли единой обособленной группы. Общий объем лав и пиро-кластики, слагающих вулканы, разными исследователями оценивается по-разному - от 150 км3 [17] до 375 км3 [24].
В результате мощной эксплозивной активности к началу среднего плейстоцена (примерно 400 тыс. лет назад) в осевой зоне Карымского вулканического центра сформировалась крупная Карымско-Се-мячикская кальдерная депрессия [28], состоящая из системы кальдер, образующих обширную область проседания, вытянутую вдоль его оси.
После формирования кальдер вулканизм сосредоточился исключительно внутри них. В среднем-верхнем плейстоцене формируются вулканы - Однобокий, Двор, Пра-Семячик, Пра-Карымский. Состав лав, их слагающих, преимущественно андези-базальтовый, андезитовый, среднее содержание SiO2 - 56.1%, объем лав этого периода оценивается в 80 км3 [24]. Дальнейшее развитие вулканизма в районе связано с деятельностью этих вулканов. На некоторых из них позже формируются новые кальдеры (Однобокая, Малый Семячик), а в позднем плейстоцене внутри кальдер возникают новые вулканы (Академии Наук, Малый Семячик), а затем -снова кальдеры (Академии Наук, Карымская). Вулканизм в позднем плейстоцене-голоцене отличался большим разнообразием (по составу и фациальным типам), причем в южном секторе структуры по объему преобладала пирокластика - пемзы, пемзовые туфы и игнимбриты дацитового состава, а в северном - лавы, преимущественно базальтового состава.
Таким образом, развитие вулканизма в Карым-ском вулканическом центре в течение плиоцена и плейстоцена происходило сложно и сопровождалось многократными периодами кальдерообразо-вания. Как отмечалось в [7], вулканизм постепенно деградировал и стягивался к двум, относительно небольшим по размеру, участкам: на севере - к вулкану Малый Семячик, на юге - к участку, расположенному между вулканами Однобокий и Двор (кальдера Карымская и одноименный вулкан).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Определение составов минералов в базальтах КВЦ проводилось как в полированных аншлифах пород, так и с использованием мономинеральных фракций. Анализ минералов получен на электрон-
ном микроанализаторе "Camebax-244", оборудованным энерго-дисперсионным спектрометром "Kevex" в Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. Ускоряющее напряжение 20 кВ, ток 40 нА. Количество анализов составило от 50 до 150 для каждого из исследованных минералов.
Валовые силикатные химические анализы вулканитов выполнены в Центральной химической лаборатории Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН методом "мокрой" химии, за исключением Na2O и K2O, которые определены методом пламенной фотометрии. Содержания редких и редкоземельных элементов определены методом ICP-MS на приборе ELEMENT 2 (Finnigan MAT, Germany) в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН. Методика исследований на приборе ELEMENT 2 изложена в [26]. Для аналитического контроля использовались стандартные образцы базальтов (BIR-1, B-2, BCR-2, BHVO-1) и андезита (AGV-1).
ПЕТРОГРАФИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ
Базальты и андезибазальты периодически изливались на протяжении всей истории развития Карымского вулканического центра, вплоть до настоящего времени. Наиболее широко они представлены в позднем плиоцене-раннем плейстоцене, слагая докальдерные вулканические постройки. Преобладают порфировые разности с содержанием фенокристаллов в пределах 20-40 об. %, в меньшей степени - субафировые, афировые. По составу минеральных ассоциаций выделяются оливинсодержащие [12] и двупироксеновые базальты. Первые представлены оливин-авгит-пла-гиоклазовыми разностями, в которых количество темноцветных минералов варьирует в пределах 710%, и лейкократовыми, в которых среди вкрапленников преобладает плагиоклаз, количество темноцветных минералов уменьшается, появляется ромбический пироксен. Оливинсодержащие базальты развиты в основном в северном секторе структуры. Они слагают основания вулканов Стена, Малый Семячик и прослеживаются вплоть до голоцена [28]. На юге (южный сектор КВЦ) оливинсодержащие базальты встречаются в основании докальдерного вулкана Дитмара, а также представляют тефру субаэральных эксплозивных извержений в северной части Карымского озера в позднем голоцене и в 1996 г. На завершающих этапах формирования вулканов Малосемячикской группы и Дитмара появляются лейкократовые разности. Все более поздние вулканические внутрикальдерные постройки (вулканы Однобокий, Белянкиной, Пра-Карымский) сложены двупироксеновыми (гиперстеновыми) базальтами, андезибазальтами, андезитами. Оливин в них очень редок и представляет собой кристаллические фрагменты дезинтегрированных оливин-анортитовых включений.
Андезибазальты встречаются в подчиненном количестве, представлены двупироксеновыми разностями и отличаются меньшим количеством вкрапленников, вплоть до субафировых разностей. Последние встречаются как в вулканических постройках, так и среди продуктов эксплозивных кальдерообразующих и ареальных извержений.
Андезиты являются промежуточным членом дифференцированной серии пород Карымского вулканического центра и представлены как эффузивными
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.