ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2012, № 5, с. 25-40
УДК 551.21+550.42
ПОПЕРЕЧНАЯ ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ НА ПРИМЕРЕ КАРЫМСКОГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА
© 2012 г. Е. Н. Гриб1, В. Л. Леонов1, А. Б. Перепелов2
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: gen@kscnet.ru 2Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН 664303 Иркутск, ул. Фаворского, 1А, e-mail: region@igc.ikr.ru Поступила в редакцию 10.01.2012 г.
Установлено изменение геохимических характеристик базальтов в пределах Карымского вулканического центра. От фронтальной зоны (вулканы Прибрежный Южный, Стена, Палео-Семячик и Малый Семячик, Дитмара) к тыловой зоне (вулканы Однобокий, Пра-Карымский, Академии Наук) возрастают концентрации калия, титана, фосфора, крупнокатионных, высокозарядных редких и редкоземельных элементов. Высокие отношения флюид-мобильных элементов к не мобильным в базальтах фронтальной зоны свидетельствует об участии в процессах магмогенерации низкотемпературных водных флюидов, отделяемых при малых давлениях от субдуцируемой океанической плиты. Для тыловой зоны характерны повышенные отношения Th/Nd и Th/Yb, которые предполагают участие в магмогенезе высокотемпературных флюидов с увеличением глубины и, следовательно, температуры до поверхности субдуцируемой плиты. Изменение геохимических характеристик базальтов КВЦ от фронтальной к тыловой зоне менее контрастны, чем в лавах вулканов Мутновский и Горелый (Южная Камчатка). Эти различия могут быть связаны с геодинамическими параметрами субдукционной зоны в Восточно-Камчатском и Южно-Камчатском сегментах Камчатской островной дуги, прежде всего, углом наклона сейсмофокальной поверхности, расстоянием до оси глубоководного желоба, возрастом субдукции и, возможно, с гетерогенностью мантийного клина под КВЦ.
ВВЕДЕНИЕ
Изменение геохимии лав вулканов в направлении от фронтальной зоны (ФЗ) к тыловой зоне (ТЗ) характерно для зрелых и развитых островных дуг. Возникновение поперечной геохимической зональности связывается с глубиной погружения субдуцируемой океанической плиты и увеличивающейся мощности мантийного клина от ФЗ к ТЗ под вулканическими центрами [Авдейко и др., 1993; Волынец и др., 1990; Duggen et al., 2007 и др.]. Установлено, что над зонами субдукции существует поток флюидов, который отделяется от субдуцируемой океанической плиты и вызывает плавление метасоматизированных перидотитов мантийного клина на разных глубинах. В пределах Курило-Камчатской островной дуги поперечная геохимическая зональность выражается в повышении с востока на запад концентрации таких элементов как K, Rb, Ba, Sr, U, Th, Ce, Nb, Ta, Zr, W, Sb, Mo и величин K/Na, Rb/Sr, La/Yb, Th/U отношений, изменения отношений изотопов стронция, неодима, кислорода [Колосков, 2001; Чурикова и др., 2001; Vblynets, 1994]. В последние годы в связи с широким использованием ICP-MS-мето-дов определения содержаний редких и редкозе-
мельных элементов появились работы по детальному изучению геохимических характеристик вулканических пород в крупных вулканических центрах Камчатки: Центральная Камчатская депрессия [Kersting, Arculus, 1994], вулканы Мутновский и Горелый [Duggen et al., 2007], Карым-ский вулканический центр [Гриб и др., 2009], расположенных в различных структурных сегментах Камчатской островной дуги. Целью настоящей статьи является детальный анализ поперечной геохимической зональности в пределах Карым-ского вулканического центра, расположенного в Восточном вулканическом поясе, и сопоставление характера ее проявления в вулканических центрах Мутновский и Горелый, относящихся к Южной Камчатке [Duggen et al., 2007]. Такой анализ позволит выявить условия магмогенерации в различных геодинамических сегментах Камчатской островной дуги.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРЫМСКОГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА
Геологическое строение Карымского вулканического центра (КВЦ) и история развития вулка-
низма в нем изучены достаточно хорошо [Вулканический центр ..., 1980; Гриб, 1997; Гриб, Леонов, 2004а, 20046; Гриб и др., 2009; Гриб, Перепелов, 2008; Леонов, Гриб, 2004; Иванов, 1970; Селянгин, 1987 и др.]. КВЦ расположен в пределах Восточного вулканического пояса, имеет размеры 55 х 65 км и несколько вытянут в северо-восточном направлении (рис. 1). Он представляет собой сложное структурное образование, состоящее из множества вулканических построек дифференцированного состава и ряда кальдерных структур динамически развивающихся во времени, начиная с эоплейстоцена (около 2 млн. лет назад) [Леонов и др., 2008] до настоящего времени. В миоцен-плиоценовое время в восточных отрогах Валагинского хребта и смежных с ним западных окраин КВЦ проявлялся вулканизм щелочного типа с внутриплитными геохимическими характеристиками, геодинамическая позиция которого не вполне ясна [Волынец и др., 1990; Уо1упе18, 1994]. Докальдерные базальты верхнеплиоцен-четвертичного этапа развития КВЦ лежат на субщелочных базальтах, андезибазальтах, относящихся к раннему плиоцену и имеющих геохимические характеристики пород активных континентальных окраин. На начальном этапе вулканизм в КВЦ был преимущественно базальтовым, андезибазальтовым. В это время сформировались такие вулканы, как Жупановские Вост-ряки, Дитмара, Крайний, Разлатый, Соболиный, Стена, Прибрежный Южный, Прибрежный Северный, Березовый и другие. Процесс кальдеро-образования начался 1.1—1.2 млн. лет назад, когда сформировались кальдеры северного сектора (кальдерный комплекс Стена-Соболиный), и продолжился на юге, где около 430 тыс. лет назад сформировалась кальдера Половинка (Крайняя) [Леонов и др., 2008]. Образование этих кальдер сопровождалось мощными извержениями пиро-кластики, в результате чего обширные поля на периферии центра оказались покрыты пемзовыми туфами и игнимбритами дацитового и риодаци-тового состава. Объем выброшенной при этих извержениях пирокластики оценивается в 280 км3 [Вулканический центр ..., 1980], что в пересчете на магму дает около 100 км3 [Леонов, Гриб, 2004]. После формирования кальдер вулканизм сосредоточился, в основном, внутри них. В среднем-верхнем плейстоцене формируются такие вулканы, как Однобокий, Двор, Палео-Семячик, Пра-Карымский. Состав лав, слагающих их, преимущественно андезибазальтовый, андезитовый, объем лав этого периода оценивается в 80 км3. Дальнейшее развитие вулканизма в районе было связано с деятельностью этих вулканов. На некоторых из них позже формируются новые кальдеры (Однобокая, Пра-Семячик), а в позднем плейстоцене внутри этих кальдер возникают новые вулканы (Академии Наук, Малый Семячик), а за-
тем — снова кальдеры (Академии Наук, Карым-ская). В настоящее время вулканизм сосредоточен в двух, относительно небольших по размеру, участках: на севере — вулкан Малый Семячик, на юге — вулкан Карымский, расположенный в одноименной кальдере. В январе 1996 г. в северной части оз. Карымское (кальдера Академии Наук) произошло субаквальное извержение базальтовой тефры, которое завершилось выбросом небольшого количества пемз дацитового-риодаци-тового состава [Гриб, 1997].
По составу минералов выделяются оливинсо-держащие и двупироксеновые базальты. Первые развиты в основном в северном секторе и представлены Ol-CPx-Pl ассоциацией минералов. В южном секторе они слагают основание вулкана Дитмара, а также представляют тефру субаэраль-ных извержений в северной части оз. Карымское в позднем голоцене (4800 л.н.) и в 1996 г. [Гриб, Перепелов, 2008]. Все более поздние внутрикаль-дерные постройки сложены двупироксеновыми базальтами-андезибазальтами. В эволюциониро-ванных продуктах (дацитах-риолитах) кальдеро-образующих извержений южного сектора присутствуют водосодержащие минералы — роговая обманка и биотит, в то время как для игнимбритов северного сектора характерна двупироксеновая ассоциация.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Содержание редких и редкоземельных элементов в породах 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 [Перепелов и др., 2007]. Для аналитического контроля использовались стандартные образцы базальтов (BIR-1, B-2, BCR-2, BHVO-1) и андезита (AGV-1). Анализы породообразующих окислов выполнены там же на многоканальном X-Ray спектрометре CPM-25, а разделение Fe2O3 и FeO проведено методом титрования.
ПЕТРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД КАРЫМСКОГО ВУЛКАНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА
Состав пород Карымского вулканического центра детально освещен в работах [Гриб и др., 2009; Селянгин, 1987]. Ниже приводится краткая их характеристика. Вулканические породы образуют циклично повторяющиеся во времени дифференцированные ряды от базальтов до дацитов-риодацитов, реже риолитов. Базальты отличаются низкой магнезиальностью (Mg# = MgO/MgO + + FeO*), которая изменяется от 49—42 в оливин-содержащих базальтах до 30—20 в двупироксено-
54°10' -
54°00' -
53°50'
б о 1 о 2 3
1 \/ \ 1 * 1
159°10'
159°30'
159°50'
1-5
5-00Л
Рис. 1. Схема расположения вулканических объектов.
а — особенности геометрии сейсмофокальной зоны: 1 — вулканические постройки Восточного вулканического пояса; 2 — вулканические постройки (1—7) Карымского вулканического центра (1 — Прибрежный Южный, 2 — Стена, 3 — Па-лео- и Малый Семячик, 4 — Дитмара, 5 — Однобокий, 6 — Пра-Карымский, 7 — кальдера Академии Наук) и вулканов Мутновский (8) и Горелый (9) на Южной Камчатке; 3 — проекция средних линий (медиан) сейсмофокальной зоны на земную поверхность с указанием интервалов глубин, км по ^огЫоЪ е! а1., 1997], точечным пунктиром выделен Ка-рымский вулканический центр; 4 — положение оси глубоководного желоба. б — космический снимок Карымского вулканического центра: 1 — вулканические постройки; 2 — кальдеры (1—5): 1 — Стена-Соболиный, 2 — Половинка, 3 — Однобокая, 4 — Академия Наук, 5 — Карымская; 3 — термальные источники; 4 — точки опробования верхнеплиоцен-четвертичного фундамента.
а
4
вых, что указывает на их достаточно дифференцированный состав. Весь ряд пород имеет нормальный тип щелочности. Наиболее высококремнистые игнимбр
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.