ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 3, с. 15-35
УДК 551.21+550.42
ПЕТРОГЕНЕЗИС ПОРОД ВУЛКАНОВ ОСТРОГО И ПЛОСКОГО ТОЛБАЧИКОВ И СООТНОШЕНИЕ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПРОЯВЛЕНИЙ БАЗАЛЬТОВОЙ И ТРАХИБАЗАЛЬТОВОЙ МАГМ НА ТЕРРИТОРИИ ТОЛБАЧИНСКОГО ДОЛА (КАМЧАТКА)
© 2015 г. Г. Б. Флеров, В. В. Ананьев, Г. П. Пономарев
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: flerov@kscnet.ru Поступила в редакцию 04.08.2014 г.
Предложена петролого-геодинамическая модель магмогенеза вулканических образований на территории Толбачинского Дола. Установлены различия эволюции продуктов вулканизма и минерального состава пород стратовулканов Острого и Плоского Толбачиков с одной стороны и региональной зоны шлаковых конусов с другой. Делается вывод о генетической независимости базальтовой и трахибазальтовой магм и их смешении на этапе смены вулканизма центрального и трещинного типов. Ведущим процессом, ответственным за образование серий пород базальтовой и трахибазальтовой ассоциаций является кристаллизационная дифференциация, а вариации составов пород стратовулканов и конусов объясняются привносом щелочной компоненты в очаг базальтовой магмы и их накоплением в процессе ее кристаллизации.
DOI: 10.7868/S0203030615030025
Извержение, произошедшее в 2012—2013 гг. в районе вулкана Плоский Толбачик, явилось показателем продолжающейся высокой вулканической активности этой территории и вызвало большой интерес геологической общественности. Оно произошло в пределах Толбачинской региональной зоны шлаковых конусов и по структурному выражению, динамике проявления и составу излившихся продуктов сопоставимо с таковым Южного прорыва 1975—1976 гг. Пространственная сопряженность зоны шлаковых конусов и стратовулканов Острый и Плоский Толбачики вызвала полемику в отношении сценария поступления исходных для этих объектов магм к поверхности и положения магматических очагов, их продуцирующих. Результаты исследований показали существенные различия составов вулканитов [Волынец и др., 2013; Флеров, Мелекес-цев, 2013; Еремина и др., 2014] и геодинамики вулканических процессов, сформировавших страто-вулканы и зону шлаковых конусов, и был высказан тезис об относительной независимости и отсутствии прямого наследования их вулканизма [Флеров, Мелекесцев, 2013]. В настоящей статье приводятся результаты сравнительного анализа химического и минерального состава пород Толбачинского центра, дается оценка физико-химических условий их кристаллизации и предлагается петрологическая модель магмогенеза.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ВУЛКАНИЗМА РЕГИОНА
Подробное описание истории вулканизма в голоцене на территории Толбачинского Дола опубликовано в работах [Брайцева и др., 1984], геологическая карта голоценовых вулканических образований представлена на рис. 1. Конец верхнего плейстоцена 15—20 тыс. лет назад (л. н.) характеризовался в Ключевской группе вулканов интенсивным ростом позднеплейстоценовых стратовулканов [Мелекесцев и др., 1970]. К их числу принадлежат вулканы Острый и Плоский Толбачики, морфологически представленные массивом двух сросшихся конусов с высотами 3682 и 3085 м соответственно. Геологическое строение стратовулканов и состав слагающих их пород ранее были описаны В.А. Ермаковым [Ермаков, 1977]. В дополнение к изложенному в упомянутой работе нами в одном из ранних лавовых потоков Острого Толбачика (см. точка 1 на рис. 1) были обнаружены ксенолиты пироксенитов, вермитов, гарцбургитов и оливинитов размером до 2 см. В настоящей статье петрографо-минера-логические характеристики пород стратовулка-нов и Толбачинского Дола приводятся по образцам, отобранным во время полевых работ 1975— 1980 и 2012—2013 гг. с привлечением материалов [Брайцева и др., 1984; Флеров и др., 1984].
На границе позднего плейстоцена—голоцена геотектоническая и палеогеографическая обстановки в районе существенно изменились. В резуль-
С С
с
9
с
*7
о Л
11 #
О о
Острый Толбачик
'О /о а
I ^ У I и/
ПлОскИй Толбачик
*
С 1
с
Северный прорыв 1975
С- С С
Южный прорыв , 1975-1976, / / /*
С
Л С
17
т
<■ *
1
Ш
4.
^ + ^ * ★
* КГ с
16
с с /^о J
Е
к> о
ж
Ш.
а а а а а о
С С С С
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13
14
15
9
Рис. 1. Геологическая карта вулканических образований на территории Толбачинского Дола.
1 — стратовулканы; 2 — граница сочленения вулканов Острого и Пра-Плоского Толбачиков; 3 — обвальный цирк; 4 — кальдера обрушения; 5 — виртуальные кратеры стратовулканов Острого и Пра-Плоского Толбачиков; 6 — главный магмоконтролирующий разлом; 7 — мореные отложения; 8 — эруптивные центры извержений; 9 — шлаковые конусы; 10 — субщелочные глиноземистые базальты; 11 — магнезиальные базальты; 12 — 1-й этап вулканизма зоны шлаковых конусов; 13 — 2-й этап вулканизма зоны шлаковых конусов; 14 — извержение 2012—2013 гг.; 15 — места отбора образцов, номера соответствуют таблице 1. Карта составлена по [Брайцева и др., 1984; Флеров, Мелекесцев, 2013; Волынец и др., 2013].
тате возникла трещинная зона шириной 13—15 км и протяженностью 60—70 км [Брайцева и др., 1984]. Эта дугообразная зона прошла через постройку стратовулкана Пра-Плоский Толбачик, уже потухшего к тому времени, вызвав разрушение его вершинной части и образование кальдеры гавайского типа, кардинально изменив ее морфологию. Одновременно гигантский обвал разрушил и вершину соседнего вулкана Острый Толбачик, где образовался обвальный цирк шириной более 3 км. Судя по реконструкциям, стратовулкан Пра-Плоский Толбачик возник на склоне Острого Толбачика [Флеров, Мелекесцев, 2013]. Сложившаяся геотектоническая обстановка способствовала подъему из глубинных горизонтов литосферы магматического вещества, которое на поверхность поступало по сложной системе разломов, образуя многочисленные эруптивные центры и обширные лавовые поля. Это явилось началом формирования наложенной региональной зоны шлаковых конусов, протянувшейся от верховьев р. Студеной на севере до р. Толбачик на юге. Одновременно, наследуя канал, питающий стратовулканы, магмой заполняется кальдера Плоского Толбачика, где формируется щитовой вулкан. Было однозначно доказано, что все происходившие в голоцене извержения связаны с деятельностью региональной трещинной зоны [Большое трещинное..., 1984; Брайцева и др., 1984; Флеров, Мелекесцев, 2013].
В интервале 10—2 тыс. л. н. в течение первого и наиболее длительного этапа вулканизма региональной зоны, происходили извержения только субщелочных глиноземистых базальтов на протяжении всей ее длины, включая кальдеру Плоского Толбачика. Второй этап вулканизма, от 2 тыс. л. н. по настоящее время, характеризуется уменьшением активности трещинной зоны, что выразилось в сокращении ареала проявления вулканизма и сосредоточении эруптивных центров вдоль генерального магмоконтролирующего разлома и только южнее Плоского Толбачика. Это — этап контрастного вулканизма. Он знаменателен чередующимися и субсинхронными извержениями субщелочных глиноземистых и магнезиальных базальтов. Эруптивные центры извержений типов базальтов, включая исторические, занимают единую структурную позицию, располагаясь на одном разломе независимо от их гипсометрического уровня и расстояния от современной кальдеры Плоского Толбачика. Извержения базальтов контрастного состава происходили как из автономных, пространственно отделенных, эруптивных центров, так и из одного центра с последовательностью поступления магм от магнезиальных составов к субщелочным глиноземистым с промежуточными между ними разностями. Базальты промежуточного состава, которые представляют собой продукты смешения, изливались на заключительной стадии извержения Северно-
го и начальной стадии Южного прорывов. Кроме того, подобные разности также отмечаются и в автономных проявлениях второго этапа вулканизма региональной зоны шлаковых конусов [Флеров и др., 1984; Брайцева и др., 1984].
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОТБОР ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для построения петрохимических диаграмм породообразующих окислов использовались новые анализы, выполненные на многоканальном X-Ray спектрометре СРМ-25 в Институте геохимии СО РАН и материалы публикаций [Кирсанов, Пономарев, 1974; Ермаков, 1977; Флеров и др., 1984; Брайцева и др. 1984; Иванов, 2008; Флеров, Мелекесцев, 2013; Волынец и др., 2013].
Из всего объема вулканитов зоны шлаковых конусов для исследования минерального состава были использованы выборки пород: исторических извержений, как типичных представителей базальтоидов субщелочного глиноземистого типа, и этапа смены вулканизма центрального типа на трещинный, т.е. первого этапа вулканизма региональной зоны шлаковых конусов. При этом из переходного этапа были отобраны образцы с северо-восточной зоны, пересекающей вулкан Плоский Толбачик, из дайки мегаплагиофирово-го андезибазальта и крайнего южного конуса зоны шлаковых конусов (см. рис. 1). Составы породообразующих минералов определялись на рентгеновском микроанализаторе "Camebax" (ИВиС ДВО РАН) с установленным энергодисперсионным спектрометром INCA с площадью кристалла 80 мм2. Ток в режиме энергодисперсионного спектрометра на эталоне Ni — 20 на, ускоряющее напряжение 20 кв, экспозиция 15 сек. В качестве эталонов использовались: голубой диопсид (Si, Mg, Ca), синтетический ильменит (Fe, Ti), синтетический фосфат алюминия (Al, P), альбит (Na), ортоклаз (K), синтетическая окись хрома (Cr), родонит (Mn). Поскольку многие лавы представлены субафировыми разностями, зондовые исследования проводились как в аншлифах, так и с использованием монофракций, включающих зерна размером более 0.2 мм. Это позволило получить статистически объективную и равнозначную информацию о составах минералов вкрапленников и субфенокри-сталлов. Составы основной массы пород определялись в сканирующем режиме по площади шлифа.
Были рассмотрены три породные ассоциации:
I — стратовулканов Острый и Плоский Толбачи-ки; II — исторических извержений: прорывы Южный (1975—1976 гг.), извержение им. 50-летия ИВиС (2012—2013 гг.) и вершинных извержений кратера Плоского Толбачика 1966, 1970, 1975 гг.; III — 1-го этапа формирования зоны
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.