УДК 551.23;550.4;546.65
СОДЕРЖАНИЕ И ИСТОЧНИКИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СОВРЕМЕННЫХ ВУЛКАНОГЕННЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ
СИСТЕМАХ КАМЧАТКИ
© 2013 г. Г. А. Карпов*, А. Г. Николаева*, Ю. В. Алёхин**
*Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН бульвар Пийпа, 9, Петропавловск-Камчатский, 683006, Россия; e-mail: karpovga@kscnet.ru **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Воробьевы Горы, Москва, 119899, Россия Поступила в редакцию 10.04.2012 г.
Получена после доработки 23.07.2012 г.
На базе прецизионных анализов содержаний РЗЭ в представительной выборке характерных гидрохимических типов гидротерм Восточного вулканического пояса Камчатки, с привлечением аналитических данных по современным магматогенным флюидным системам Камчатки, Курил и рифто-вых зон океанов, рассматриваются источники вещества современных гидротермальных систем. Выявлено повышенное содержание РЗЭ в современных высокотемпературных гидротермах хлоридно-натриевого типа и сходство в поведении РЗЭ во всех рассмотренных гидрохимических типах гидротерм Камчатки. Обнаружено бимодальное распределение высоких содержаний РЗЭ в гидротермах с рН до 5.0. Сопоставление значений отношения La/Yb в гидротермах разных типов и в изверженных породах Восточного вулканического пояса Камчатки позволило установить типичные корреляции, которые интерпретируются с генетических позиций. Показана положительная корреляция между содержаниями в растворах РЗЭ, хлора и бора. Отмечено, что для всех гидрохимических типов гидротерм Камчатки характерна четко выраженная отрицательная европиевая аномалия, что отличает их от субмаринных гидротерм рифтовых зон океанов c европиевым максимумом. Сделано предположение о генетической связи вещества РЗЭ в гидротермах с апикальными зонами глубинных магматических очагов, имеющих дифференциаты кислого состава.
DOI: 10.7868/S0869590313020040
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы среди исследователей гидротермальных процессов все большее число сторонников принимают модель рециклинга воды и формирования вещественного состава гидротерм за счет выщелачивания боковых пород. Предполагается, что в современных гидротермальных системах функционируют растворы, образовавшиеся за счет экзогенных вод, проникающих по глубоким трещинам в высокотемпературные зоны влияния магматических масс, нагревающихся от них, обогащающихся по пути движения макро-и микроэлементами и выходящих на поверхность по другим трещинным зонам. Особенно много приверженцев этой схемы среди исследователей выходов гидротерм в рифтовых и спрединговых зонах дна океанов (Бортников, 2011; Бортников и др., 2010; Гричук, Краснов, 1989; Гричук, 2000, 2011; Русаков и др., 2009). Обоснованиями для таких представлений являются материалы исследований изотопного состава воды современных континентальных и морских гидротермальных систем (Craig, 1963), а также интерпретация результатов термодинамического моделирования (Гричук, 2000).
Тем не менее есть аргументы и в пользу существенного вклада эндогенной компоненты в действующих гидротермах (Бутузова, 1986; Giggenbach, 1997). Это касается как солевого состава растворов, так и их рудной составляющей. В конце прошлого века наиболее ярким защитником теории эндогенного генезиса высокотемпературных гидротерм хлоридно-натриевого типа являлась С.И. Набоко (Набоко, 1966; 1980; Набоко и др., 2001). Она отстаивала идею о том, что все разнообразие одновременно образующихся метасоматиче-ских фаций в разрезах гидротермально-измененных пород современных гидротермальных систем в областях активного вулканизма обуславливается воздействием растворов с различными физико-химическими свойствами, "образующимися вследствие химической дифференциации первичноеди-ных глубинных натрово-хлоридных растворов", при этом химические элементы "на изученных глубинах (до 1 км) не выносятся из вмещающих пород, а поступают в них из циркулирующих растворов" (Набоко, 1966). К аналогичным выводам, опираясь на анализы содержаний редких щелочей — Li, Rb, Cs в термах разных гидрохимических типов, пришла и Г.И. Арсанова. По ее расчетам именно высокотемпературные хлоридно-
163
4*
натриевые термы, имеющие планетарное общесолевое однообразие, наиболее высокое содержание редких щелочей и выдержанность генетических коэффициентов, являются "почти полностью магматическим флюидом, который непосредственно отделился от магматического очага, поглотившего напорную воду" (Арсанова, 1974). В.Д. Пампура также считал, что "глубинной высокотемпературной метасоматической фации (160—400°С) принадлежат хлоридно-щелочно-металльные гидротермы с углекислой газовой фазой", а "гидротермы субповерхностной фации представляют собой производные глубинных вод в условиях дегазации и охлаждения" (Пампура, 1985).
Вопрос о происхождении гидротерм с позиции соотношения между магматической и гидротермальной деятельностью рассматривал и В.В. Аве-рьев (Аверьев, 1966). По его схеме, рассчитанной на основе измеренных тепловых потоков на ряде Камчатских гидротермальных систем, формирование гидротерм происходит на большой глубине и в пределах замкнутых гидрогеологических структур за счет эндогенного пара. Однако, по расчетам В.В. Аверьева, которые совпадают с данными (Banwell, 1957) и (Mazzoni, 1950) (см. в ссылках работы (Аверьева, 1966)), в глубинных зонах термоаномалий, в условиях высоких давлений эндогенный пар имеет плотность, близкую к единице и подобен жидкости. Эту субстанцию В.В. Аверьев и предлагал называть флюидом. В таком случае этот флюид генерируется водосо-держащей магмой, которая в верхних горизонтах земной коры и отдает воду при снижении давления. По расчетам В.В. Аверьева, в таких высокотемпературных гидротермальных системах как Долина Гейзеров на Камчатке и Вайракей в Новой Зеландии доля эндогенной компоненты (флюида) должна достигать 25%. Более того, он полагал, что "горячий водный флюид можно рассматривать как главный агент особой формы вулканизма" (Аверьев, 1966).
Таким образом, в теории гидротермального процесса до сих пор основными вопросами остаются источники воды и минерального вещества. С этих позиций мы и рассматриваем содержание редкоземельных элементов в большой выборке современных вулканогенных гидротермальных систем Камчатки. Исследование содержания именно РЗЭ элементов в гидротермах обусловлено геохимическими особенностями этих элементов. Близость физических и химических свойств РЗЭ (Бутузова, 2003; Дубинин, 2006) предопределяет их однотипное поведение в процессах трансформации вещества, и можно предположить, что как при магматической дистилляции, так и при выщелачивании из пород они сохраняют свои первоначальные соотношения в образующихся растворах, что можно использовать для генетических построений.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Камчатка является классическим примером региона островодужного типа, характеризующегося широким проявлением современного вулканизма, аномально высоким тепловым потоком и многочисленными гидротермальными системами, в том числе имеющими повышенные содержания ряда рудных элементов, прежде всего Аз, БЪ, Щ, 2п, Си, Ы, ЯЪ, Сз (Набоко, 1980; Карпов, 1978, 1988). Для генетических построений использованы наши и литературные материалы по флюидным потокам современных вулканогенных гидротермальных систем и кратерных зон действующих вулканов Камчатки и Курил и литературные данные по ряду субмаринных гидротермальных систем Тихого и Атлантического океанов.
Наиболее высокотемпературные гидротермальные системы Камчатки тяготеют к кольцевым вулкано-тектоническим депрессиям и кальдерам в Восточном вулканическом поясе (Пау-жетка, Узон, Долина Гейзеров, Академии Наук и др.) с характерным режимом растяжения земной коры. Предполагается, что они контролируются долгоживущими коровыми магматическими очагами, имеющими связь с верхней мантией (Аверьев, 1966). Характерно, что формирование кольцевых структур сопряжено с внедрением экструзивных тел дацит-липаритового состава и извержениями кислого пирокластического материала — игнимбритов и пемз (Белоусов, Сугробов, 1976).
Наши исследования базируются на данных полевого опробования проявлений характерных гидротерм Камчатки (рис. 1) по стандартной методике и прецизионном анализе содержаний микроэлементов в растворах с помощью метода 1СР-МБ на приборе "Элемент-2" в лаборатории аналитической масс-спектрометрии кафедры геохимии Геологического факультета МГУ (Карпов и др., 2008). В выборке использованы наши данные по 10 наиболее типичным гидротермальным системам Камчатки, трем фумарольным выходам кратерных зон вулканов Камчатки (Чудаев и др., 2000; авторские данные) и Курил ((Коржин-ский и др., 1996) и данные из (Меняйлов и др., 1980)) по конденсатам магматических газов из высокотемпературной бокки на Южном прорыве Большого трещинного Толбачинского извержения 1976 г.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание РЗЭ в основных гидрохимических типах гидротерм Камчатки
Нами были выделены 6 характерных гидрохимических типов гидротерм, относящихся к 10 гидротермальным системам Восточного вулканического пояса Камчатки (табл. 1, рис. 2). Как
®
СОДЕРЖАНИЕ И ИСТОЧНИКИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
156° 162° 168°
165
156°
162°
Рис. 1. Карта-схема расположения исследованных гидротермальных систем и фумарольных выходов Камчатки: 1 — вулканические пояса: I — Срединный, II — Восточно-Камчатский; 2 — вулканы и их номера (п/ж цифры 1-опробованными выходами фумарол; 3 — гидротермальные системы и их номера (цифры 1—10).
3) с
Гидрохимический
SO
HCO
Ca
Mg"
4
3
Рис. 2. Диаграмма гидрохимических типов опробованных гидротерм Камчатки с добавлением точек состава подводных гидротермальных флюидов:
I — Cl/Na тип (кальдера Узон): 1 — ист. Центральный, 2 — ист. Антимонитовый; II — Cl-SO4/Na тип: 3 — гейзер Жемчужный (Долина гейзеров), 4 — донная разгрузка (кратер Токарева, кальдера Академии Наук); III — Cl-SO4-HCO3/Na-Ca тип: 5 — ист. Малкинские (горячие), 6 — скв. 055 (Северо-Мутновское месторождение парогидротерм), 7 — ист. Апа-чинские, 8 — ист. Пийповские (кальдера Академии Наук); IV — Cl-HCO3-SO4/Na-Ca тип: 9 —
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.