ПЕТРОЛОГИЯ, 2008, том 16, № 1, с. 3-20
УДК 550.422
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ЛЕТУЧИЕ КОМПОНЕНТЫ И ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ РАСПЛАВОВ КАРЫМСКОГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА (КАМЧАТКА) И ВУЛКАНА ГОЛОВНИНА (О. КУНАШИР) ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ
ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ
© 2008 г. В. Б. Наумов*, М. Л. Толстых*, Е. Н. Гриб*, В. Л. Леонов**, Н. Н. Коненкова*
* Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия; e-mail: naumov@geokhi.ru **Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, Россия; e-mail: gen@kscnet.ru Поступила в редакцию 01.10.2006 г.
Исследованы расплавные включения во вкрапленниках базальта, андезитов, дацитов и риодацитов Карымского вулканического центра (Камчатка) и дацитов вулкана Головнина (о. Кунашир, Курильские острова). Использованы методы гомогенизации включений и анализ стекол более 80 включений с помощью электронного и ионного микрозонда. Содержания SiO2 в расплавных включениях во вкрапленниках плагиоклаза из базальта Карымского вулканического центра изменяются от 47.4 до 57.1 мас. %, во вкрапленниках плагиоклаза из андезитов - от 55.7 до 67.1 мас. %, во вкрапленниках плагиоклаза из дацитов и риодацитов - от 65.9 до 73.1 мас. % и во вкрапленниках кварца из риодацитов - от 72.2 до 75.7 мас. %. Содержания SiO2 в расплавных включениях в кварце из дацитов вулкана Головнина варьируют от 70.2 до 77.0 мас. %. Базальтовые расплавы характеризуются обычными содержаниями (в мас. %) TiO2 (0.7-1.3), FeO (6.8-11.4), MgO (2.3-6.1), CaO (6.710.8) и K2O (0.4-1.7), но значительно обогащены Na2O (2.9-7.4 мас. % при среднем 5.1 мас. %), причем самые высокие содержания Na2O установлены в наиболее основных расплавах (SiO2 = 47.452.0 мас. %). Концентрации летучих в базальтовых расплавах составили 1.6 мас. % H2O, 0.14 мас. % S, 0.09 мас. % Cl и 50 ppm F. Для андезитовых расплавов характерны высокие содержания (в мас. %) FeO (в среднем 6.5), СаО (5.2), Cl (0.26) и обычные содержания Na2O (4.5), K2O (2.1), S (0.07). Высокие концентрации воды определены в дацитовых и риодацитовых расплавах - от 0.9 до 7.3 мас. % (среднее 4.5 мас. % из 15 определений). Содержание Cl в этих расплавах составляло 0.15 мас. %, F -0.06 мас. % и S - 0.01 мас. %. В расплавных включениях в кварце из дацитов вулкана Головнина содержания воды также очень высокие - от 5.0 до 6.7 мас. % (среднее 5.6 мас. %). Сравнение составов расплавов Карымского вулканического центра с ранее изученными нами расплавами вулканов Безымянный и Шивелуч показало существенное их различие. Первые, более основные, обогащены Ti, Fe, Mg, Ca, Na, P, но значительно беднее калием. Скорее всего, расплавы Карымского вулканического центра являются менее дифференцированными по сравнению с расплавами вулканов Безымянный и Шивелуч. Концентрации воды и 20 элементов-примесей были измерены в стеклах 22 расплавных включений в плагиоклазе и кварце изученных образцов. Необычным явилось очень высокое содержание Li (наряду с высоким содержанием Na) в базальтовых расплавах Карымского вулканического центра - от 118 до 1750 ppm, тогда как в дацитовых и риолитовых расплавах содержание Li в среднем равно 25 ppm. Для риолитовых расплавов вулкана Головнина содержание Li значительно ниже - в среднем 1.4 ppm. Расплавы Карымского вулканического центра характеризуются относительными минимумами по Nb и Ti и максимумами по Ва, К, что типично для магм островных дуг.
Карымский вулканический центр расположен на юго-западном фланге центрального участка Восточного вулканического пояса Камчатки. Он имеет размеры 55 х 65 км и несколько вытянут в северо-восточном направлении вдоль вулканического пояса. Карымский вулканический центр представляет собой сложное образование (рис. 1), состоящее из множества вулканических построек
дифференцированного состава и ряда кальдер-ных структур, динамически развивающихся во времени начиная с плиоцена (Влодавец, 1947; Иванов, 1970; Гриб, 1997; Озеров, 1997; Федотов, 1997 и др.). Процесс кальдерообразования (кальдеры Стена, Соболиная, Половинка) начался в среднем плейстоцене 180-150 тыс. лет назад (Вулканический центр..., 1980) и сопровождался
Рис. 1. Космический снимок центральной части Карымского вулканического центра.
Пунктирными линиями обозначены кальдеры, АН - вулкан и кальдера Академии Наук (кальдера заполнена оз. Ка-рымское). На севере расположена сложная система кальдер Стена-Соболиная, которая очерчена общим овалом.
мощными извержениями пирокластики среднего и кислого состава объемом ~280 км3 или, в пересчете на магму, около 100 км3 (Гриб, Леонов, 2001а, 20016). После формирования среднеплей-стоценовых кальдер вулканизм сосредоточился исключительно внутри них. В этот период, в начале позднего плейстоцена, формируются такие вулканы, как Однобокий, Двор, Пра-Семячик, Пра-Карымский. Состав лав, слагающих их, преимущественно базальтовый, андезитобазальто-вый, андезитовый. Объем материала этого периода оценивается в 80 км3 (Вулканический центр..., 1980). На некоторых вулканах позже формируются новые кальдеры (Однобокая, Малый Семячик), а в позднем плейстоцене внутри этих кальдер возникают новые вулканы (Академии Наук, Малый Семячик), а затем - снова кальдеры (Академии Наук, Карымская). Вулканизм в позднем плейстоцене-голоцене отличался большим разнообразием составов продуктов и их фа-циальных типов.
Множество статей посвящено геологическому строению, тектонике, динамике извержений, пет-
рографии изверженных пород и их возможной генетической связи. Однако пока еще очень мало данных о химическом составе, летучих компонентах и редких элементах магматических расплавов, формировавших породы Карымского вулканического центра. Без этих данных невозможно в полной мере рассматривать как генезис конкретных пород, так и общие вопросы магматической истории региона. В связи с этим цель настоящей работы заключалась в детальном изучении рас-плавных включений в минералах различных по составу пород (от базальтов до риодацитов) для выяснения химического состава магматических расплавов и возможности генетической связи различных по основности пород. Первые данные этих исследований были опубликованы ранее (ТоЫукИ й а1., 2001). Для сравнения полученных результатов по химическому составу расплавов Карымского вулканического центра мы изучили также расплавные включения в кристаллах кварца из дацитов вулкана Головнина (о. Кунашир).
КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРЫМСКОГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА
Карымский вулканический центр привлек к себе особое внимание после извержений, произошедших в нем в 1996 г. Особенностью этих извержений было то, что они произошли одновременно в двух местах и на поверхность поступили расплавы как среднего, так и основного состава. Процесс извержения можно разделить на 3 этапа. В течение первого этапа (2-3 января 1996 г.) происходило извержение из двух вулканических центров, находящихся на расстоянии 6 км друг от друга: из вершинного кратера вулкана Карымский и в северном секторе озера Карымского, представляющего собой кальдеру Академии Наук (Федотов, 1997). Из главного кратера наблюдался непрерывный подъем газопеплового столба на высоту от 500 до 1200 м. От поднимающейся колонны на юг простирался темный шлейф длиной до 50-70 км, из которого постоянно происходило выпадение тефры. В это же время в Карым-ском озере происходило подводное извержение базальтов из эруптивного центра, расположенного в 500 м от берега (Гриб, 1997). Мощные дискретные фреатомагматические взрывы следовали друг за другом с интервалом 10-15 мин, парогазовые выбросы с примесью пепла поднимались на высоту нескольких километров. При наиболее сильных взрывах происходил выброс большого количества бомб, а на поверхности озера наблю-
дались волны, достигающие высоты 10 м. Во время первого этапа извержения в Карымском озере сформировался полуостров Новогодний площадью 0.7 км2.
Второй этап извержения (4-12 января 1996 г.) характеризовался эруптивной деятельностью только из вершинного кратера вулкана Карымский, при этом частота взрывов значительно уменьшилась. Высота выбросов составляла 500900 м, пепловые шлейфы тянулись на 50-60 км, главным образом в западном и восточном направлениях. В течение третьего этапа (с 13 января 1996 г. и по настоящее время) из главного кратера Карымского вулкана происходило последовательное излияние серии лавовых потоков. Длина самого мощного из них достигала 1.5 км, а высота фронтальной части - 25 м. Излияние лав сопровождалось эксплозиями. Парогазовые выбросы, нагруженные пеплом, поднимались на высоту от 100 до 500-600 м, формируя эруптивные облака. При наиболее сильных эксплозиях (250 м и более) в их нижней части постоянно наблюдались раскаленные бомбы размером 1-2 м, значительно реже -до 4-5 м (Озеров, 1997).
Изучены 3 образца продуктов извержения 1996-1997 гг., состав которых приведен в табл. 1. Первый образец (К-2) - базальтовая вулканическая бомба с полуострова Новогодний представляет собой черную пористую стекловатую породу с большим количеством фенокристаллов плагиоклаза размером от 0.3 до 3 мм. Состав вкрапленников варьирует от Ап94-80 в централь-
Таблица 1. Химический состав (мас. %) пород и стекол основной массы из пород Карымского вулканического центра
Компоненты К-2 К-4 К-63 К-41 К-35 К-31 К-23 К-2а К-4а К-63а
3102 52.00 62.45 62.05 64.80 65.41 66.32 69.00 66.59 74.80 75.28
Т102 0.73 0.92 0.88 0.72 0.56 0.38 0.43 0.50 1.06 0.83
А1203 19.21 16.27 16.60 16.00 16.39 14.99 14.35 19.52 12.62 12.46
Ге20э - - - 1.79 2.77 1.19 1.26 - - -
Бе0 8.30* 6.58* 6.95* 3.45 2.27 2.27 1.94 1.78* 3.59* 3.14*
Мп0 0.14 0.15 0.12 0.18 0.16 0.03 0.16 0.06 0.10 0.11
Mg0 5.34 2.01 2.00 1.62 0.90 0.94 0.94 0.23 0.18 0.49
Са0 10.47 5.38 5.39 3.90 4.41 3.28 1.76 4.65 0.92 0.94
№20 2.80 4.52 4.08 3.72 4.12 3.91 3.66 5.76 1.88 1.77
К20 0.58 1.57 1.58 1.86 1.48 1.98 2.46 1.64 3.50 3.44
Р205 0.14 0.26 0.25 0.03 0.19 0.09 0.06 - - -
П.п.п. - - - 2.40 1.48 4.10 3.80 - - -
Сумма 99.71 100.11 99.90 100.47 100.14 99.48 99.82 100.73 98.65 98.46
Примечание. Здесь и в табл. 2-5: К-2 - базаль
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.