научная статья по теме ТИПЫ РАСПЛАВОВ, ФОРМИРОВАВШИХ ПИРОКЛАСТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНО-ВОЗРАСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВУЛКАНИЧЕСКОГО МАССИВА ШИВЕЛУЧ (КАМЧАТКА), ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ Геология

Текст научной статьи на тему «ТИПЫ РАСПЛАВОВ, ФОРМИРОВАВШИХ ПИРОКЛАСТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНО-ВОЗРАСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВУЛКАНИЧЕСКОГО МАССИВА ШИВЕЛУЧ (КАМЧАТКА), ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ»

ПЕТРОЛОГИЯ, 2015, том 23, № 5, с. 521-560

УДК 548.4

ТИПЫ РАСПЛАВОВ, ФОРМИРОВАВШИХ ПИРОКЛАСТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНО-ВОЗРАСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВУЛКАНИЧЕСКОГО МАССИВА ШИВЕЛУЧ (КАМЧАТКА), ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ В МИНЕРАЛАХ

© 2015 г. М. Л. Толстых*, М. М. Певзнер**, В. Б. Наумов*, А. Д. Бабанский***, Н. Н. Кононкова*

*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия; e-mail: mashtol@mail.ru **Геологический институт РАН Пыжевский пер., 7, Москва, 119017Россия; e-mail: m_pevzner@mail.ru ***Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 3, Москва, 119017Россия; e-mail: baban@igem.ru Поступила в редакцию 20.05.2014 г. Получена после доработки 11.10.2014 г.

Вулканический массив Шивелуч — один из крупнейших центров андезитового вулканизма Камчатки. Впервые проведены термобарогеохимические исследования 24 образцов пирокластических пород, характеризующих основные этапы формирования трех структурно-возрастных комплексов массива. Породы, слагающие эти комплексы, представлены рядом от андезитов до базальтов. По результатам изучения составов 145 природно-закаленных стекол расплавных включений в минералах разновозрастных вулканитов выделены три главных типа расплавов, результатом кристаллизации которых явилось образование всего спектра опробованных пирокластических пород вулканического массива Шивелуч. Эти расплавы соответствуют пикробазальтам и тефробазанитам (42—43 мас. % SiO2, 7 мас. % MgO, до 1.9 мас. % K2O), дацитам и трахидацитам (59—66 мас. % SiO2, 1.6—2.6 мас. % MgO, до 3 мас. % K2O) и риолитам (69—74 мас. % SiO2, 0.2—0.5 мас. % MgO, до 3.7 мас. % K2O). Определен микроэлементный состав расплавов и содержание в них H2O. Для всех типов расплавов характерны низкие концентрации Nb (2—5 ppm) и относительная обогащенность флюидомобильными компонентами (Rb — до 50 ppm, Ba — выше 700 ppm, Th — до 2—3 ppm), однако в расплавах разных типов различна и степень обеднения тяжелыми РЗЭ (La/Yb меняется от 3 до 14), и обогащенность высокозарядными элементами. Наряду с расплавами исследовались минералогические и петрографические особенности пород. Были обнаружены признаки гибридизма, играющего важную роль в генезисе андезитов Шивелуча. По совокупности тефрохронологических и петрологических данных реконструирована история вулканического массива.

Б01: 10.7868/80869590315040056

ВВЕДЕНИЕ

Вулканический массив Шивелуч расположен на северо-востоке Камчатки в зоне сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. Это один из крупнейших центров андезитового вулканизма на полуострове. Действующий вулканический аппарат — Молодой Шивелуч — самый северный из активных вулканов Камчатки. Уникальное геодинамическое расположение, аномальные частота, сила и продуктивность извержений, высокая степень опасности вулкана, связанная с его эксплозивной активностью, проблема генезиса андезитов стали залогом устойчивого интереса к этому геологическому объекту.

Большое количество работ посвящено характеристике пород, процессам петрогенезиса анде-

зитов, происхождению уникальных флогопитсо-держащих базальтов (Волынец и др., 1997; Горбач, 2011; Горбач, Портнягин, 2011; Gorbach 2006, 2013; Dirksen et al., 2006; Portnyagin, Manea, 2008 и др.). История геологического развития массива изучена с разной степенью детальности. Плейстоценовый этап, когда формировался комплекс Старого Шивелуча, описан в работе (Горбач, 2011). Для голоценового же этапа удалось реконструировать историю эруптивной активности Молодого Шивелуча весьма подробно (Горбач, Портнягин, 2011; Ponomareva et а1., 1998, 2007). Изучению рас-плавных включений в минералах пород массива Шивелуч посвящено несколько работ (Толстых и др., 1998; Humphreys et al., 2006, 2008; Tolstykh etal., 2000), в которых приведены результаты исследования современных вулканитов.

Рис. 1. Принципиальная схема строения главных структурно-возрастных комплексов вулканического массива Шивелуч. СШ — Старый Шивелуч: НФД — начальная фаза деятельности, ЛК — лавовый комплекс; БД — вулканический центр Байдарный; МШ — Молодой Шивелуч. На врезке — вид в плане.

Основной целью настоящей работы было изучение и типизация магматических расплавов, формировавших пирокластические породы на разных этапах деятельности вулкана. Кроме того, в наши задачи входили: 1) характеристика вариаций состава расплавов во времени (на основе изучения тефры наиболее значительных извержений позднего плейстоцена и голоцена), 2) выявление особенностей расплавов в породах разных эруптивных центров вулканического массива Шивелуч, 3) поиск возможных источников расплавов разных типов и определение вероятных генетических соотношений между ними, 4) анализ возможных механизмов формирования андезитов.

КРАТКОЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА

Вулканический массив Шивелуч (главная вершина — Старый Шивелуч, 3283 м) начал формироваться в позднем плейстоцене (Мелекесцев и др., 1991; Певзнер и др., 2014). Разные этапы эволюции магматической системы массива характеризуются не только различными типами пород, но и резкой сменой характера эруптивной активности, что привело к формированию нескольких структурно-возрастных комплексов (СВК) (Певзнер и др., 2014).

Схематично весь вулканический массив можно разделить на четыре главных СВК: начальный существенно пирокластический и перекрывающий его существенно лавовый комплексы Старого Шивелуча; Байдарный центр и Молодой Шивелуч (рис. 1).

Начальная фаза деятельности — НФД по (Горбач, 2011) — представлена мощными толщами грубообломочных пирокластических отложений андезитового состава. Они представляют собой либо горизонты агломератовых туфов, сложенных крупнообломочным материалом андезитово-го состава в рыхлом матриксе песчано-гравийной размерности (Горбач, 2006), либо фрагменты древнего почвенно-пирокластического чехла с горизонтами пемзовой тефры андезитового состава. Эти отложения прослеживаются во всех секторах вулкана. Подошва не вскрывается. Предположительно, активность этого этапа сопровождалась формированием экструзивных куполов, ныне погребенных под более поздними отложениями. В разных секторах верхняя граница отложений НФД находится на высотных отметках от 1000 до 2000 м. В восточном секторе массива вблизи кровли отложений НФД наблюдается пачка лав, имеющих состав оливиновых андезибазальтов. Мощности единичных лавовых потоков составляют от 3 до 7 м, максимальная протяженность единичного лавового потока 5 км.

Лавовый комплекс (ЛК) перекрывает отложения НФД, он представлен толщей лавовых потоков андезитового и андезибазальтового состава, связанных с главной вершиной и центром Западным (Горбач, 2011). Мощность единичных лавовых потоков достигает 40—50 м, суммарная мощность ЛК от 1000 до 1500 м. Количество пирокла-стики, извергнутой на данном этапе развития массива, крайне невелико. В связи с этим этап ЛК в настоящем исследовании не рассматривается.

Байдарный центр (БД) расположен обособленно в юго-западном секторе массива и пред-

ставлен напластованием лав андезибазальтового состава, изливавшихся из эруптивных центров Байдарный и Южный (Горбач, 2011). Кроме того, с деятельностью БД связаны множественные горизонты тефр, отлагавшиеся в почвенно-пиро-кластических чехлах склонов и подножия вулканического массива (Певзнер и др., 2012).

Современный действующий вулкан Молодой Шивелуч (МШ) расположен в крупном обвальном цирке, разрушившем южный сектор вулканического массива. Активность МШ связана с ростом экструзивных куполов и мощными экс-плозиями андезитов и началась около 12 тыс. лет назад (Певзнер и др., 2012). Практически все породы МШ — и пирокластические, и экструзивные — относятся к плагиоклаз-роговообманковым андезитам (Горбач, Портнягин, 2011; Ропошагеуа й а1., 1998, 2007). Однако в голоценовое время изредка случались извержения, представленные тефрой основного состава.

Во-первых, это так называемая "Темная Пачка" (далее по тексту ТП), отложившаяся 7600 14С лет назад (~8450 лет назад) (Волынец и др., 1997; Ропошагеуа е! а1., 2007), представленная умеренно-калиевыми М§-базальтами. Тефра ТП, по-видимому, связана с образованием моногенного конуса (Чурикова и др., 2010), расположенного в юго-западном секторе подножия массива, вблизи Байдарного центра. В последние годы нами было обнаружено еще несколько тефр аналогичного химического состава (ТП-тип). По ареалам распространения этих тефр можно предполагать, что эруптивные центры, поставлявшие породы ТП-типа, располагались как в западном, так и в восточных секторах вулканического массива.

Во-вторых, так называемая "Сыпучка" Шиве-луча (далее по тексту СП), отложившаяся 3600 14С лет назад (~3870 лет назад), (Волынец и др., 1997; Ропошагеуа е! а1., 2007), представленная оливин-и флогопитсодержащим высококалиевым М§-ба-зальтом. Эруптивный центр СП не обнаружен; предположительно, он мог находиться в привершинной части западного склона вулкана, недалеко от Байдарного отрога. В последние годы нами был обнаружен эпизод продолжительностью около 2 тыс. лет, во время которого неоднократно происходили извержения базальтов СП-типа (аналогичный химический и минералогический состав); наиболее раннее — около 4600 14С лет назад (~5440 лет назад) (Певзнер и др., 2012). По ареалам распространения этих тефр можно предполагать, что эруптивные центры, поставлявшие породы СП-типа, располагались в западном секторе вулканического массива.

Стоит отметить, что в эруптивной истории масштабы извержений базальтового и андезито-вого материала несоизмеримы. Так, суммарный объем базальтовой тефры голоценовых изверже-

ний СП и ТП оценивается в 0.4 км3 (Волынец и др., 1997), в то время как объем даже единичного выброса андезитовой пирокластики МШ может превышать 2.5 км3 (Ропошагеуа е! а1., 2007).

Среди четырех выделенных СВК только ЛК не охарактеризован пирокластическим материалом. Прочие комплексы — НФД, БД и МШ — в большей или меньшей степени представлены продуктами эксплозивной активности. Таким образом, в магматической истории массива Шивелуч можно выделить три главных этапа

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.

Показать целиком