ГЕОХИМИЯ, 2013, № 2, с. 171-179
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
U-Pb ВОЗРАСТ ЭКСТРУЗИВНЫХ ПОРОД КАЛЬДЕРЫ УКСИЧАН В СРЕДИННОМ ХРЕБТЕ КАМЧАТКИ - ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ К ДАТИРОВАНИЮ МОЛОДЫХ ЦИРКОНОВ
© 2013 г. Ю. А. Костицын, М. О. Аносова
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, г. Москва, ул. Косыгина, 19; e-mail: kostitsyn@geokhi.ru Поступила в редакцию 04.08.2011 г. Принята к печати 20.11.2011 г.
Ключевые слова: лазерная абляция, кальдера Уксичан, датирование молодых цирконов, Срединный хребет Камчатки, U-Pb возраст.
DOI: 10.7868/S0016752513020052
ВВЕДЕНИЕ
История развития вулканизма на Камчатке занимает исследователей разных специальностей уже не одно десятилетие. С одной стороны — это важнейший фактор воздействия на окружающую среду, формирующий рельеф, оказывающий влияние на климат, животный мир этого края. С другой стороны — эволюция вулканизма, эволюция состава изверженного материала во времени могут служить индикатором развития глубинных процессов в земной коре и мантии под Камчаткой, представляющих как практический, так и несомненный фундаментальный интерес.
Благодаря применению тефрохронологиче-ского метода в сочетании с радиоуглеродным датированием в исследовании хронологии голоце-нового [например, 1—5] и позднеплейстоценово-го [6] вулканизма достигнут значительный прогресс. Однако более ранние четвертичные и неогеновые образования не могут быть датированы таким способом — предел радиоуглеродного метода составляет первые десятки тысяч лет. В то же время, развитие методов изотопного датирования, которые еще недавно считались инструментом докембрийской геохронологии (например, ЯЪ-8г, и-РЬ) сделало возможным, при соблюдении определенных условий, получать надежные и точные геохронологические определения порядка 1 млн. лет и менее [7]. Это и вдохновило нас на проведение геохронологических исследований пород кальдеры Уксичан в Срединном хребте Камчатки и-РЪ методом по цирконам.
Вулкан Уксичан интересен, прежде всего, сложностью своего строения, которая воспринималась всегда как признак многоэтапности, длительности формирования. По поводу истории развития этого вулкана в литературе можно встретить разные оценки, основанные, как пра-
вило, на комплексе геологических данных, за которыми обычно скрываются общие представления того или иного исследователя, или просто приведенные без какого-либо обоснования. Возраст фундамента оценивается позднемиоцен-плиоценовым [8, 9], т.е. около 5.3 млн. лет по современной международной стратиграфической шкале [10], а возможно и более древним. Некоторые исследователи эффузивно-пирокластиче-ские отложения фундамента также относят к ранним образованиям собственно вулкана Уксичан [11]. Но во всех работах, где так или иначе упоминается возраст пород этого вулканического центра [9, 11—13], отмечается большая длительность его формирования, от, по крайней мере, раннего плиоцена до позднего плейстоцена и даже голоцена. То есть предполагается, что длительность формирования вулкана Уксичан составляет несколько миллионов лет.
В то же время, приуроченность магматических пород разного состава к единому вулканическому центру позволяет предположить сближенность во времени их образования. Для разрешения этого противоречия мы поставили специальные геохронологические исследования, результаты которых приведены в этой статье.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Вулкан Уксичан — один из крупнейший вулканических центров Камчатки — расположен в пределах Срединного хребта, к западу от водораздела. В его строении выделяется несколько этажей или стадий формирования [9, 11—13]:
— фундамент, сложенный умереннокалиевыми вулканогенными породами, преимущественно пирокластическими;
Рис. 1. Космоснимок центральной части вулкана Уксичан с примерной границей кальдеры (овал 15 х 13 км) и положением места опробования в ручье Украинский (белая точка).
— умеренно- и высококалиевые базальты, ан-дезибазальты и андезиты стратовулкана;
— самая продуктивная стадия — формирование крупнейшего щитового вулкана, занимающего площадь диаметром около 50 км и сложенного преимущественно шошонитами, латитами и иг-нимбритами;
— кальдера обрушения (рис. 1), в центральной части которой образовался экструзивный комплекс высококалиевых латитов, дацитов, трахи-дацитов и трахириодацитов;
Кроме того, щитовую постройку Уксичана прорывает множество наложенных более мелких моногенных конусов.
Такая многостадийность и сложность строения вулканического центра, а также контрастность химического состава вулканитов послужили основой для предположений о длительности его формирования.
Палеомагнитные исследования позволили предположить [8], что формирование вулканогенных образований щитового вулкана Уксичан относится к эпохе Матуяма, т.е. от 2.59 до 0.78 млн. лет по современным данным [14]. Однако, следует учесть, что в условиях неравномерного накопле-
ния вулканитов, когда катастрофические извержения чередуются с периодами затухания вулканизма, не просто идентифицировать, к какой эпохе относится переслаивание прямо и обратно намагниченных толщ. Поэтому проведенные почти полвека назад палеомагнитные исследования не могли поставить точку в вопросе о возрасте экструзивных пород кальдеры и обрамляющих ее пачек вулканитов.
Предпринимались изотопные исследования K-Ar системы вулканитов Уксичана для определения их возраста. Так, K-Ar возраст лав из нижних горизонтов разреза [13] составляет 3.6 млн. лет (погрешность, к сожалению, не указана), а возраст двух образцов игнимбритов, также из нижней части вулканической толщи, определенный 40Ar-39Ar методом по плагиоклазу, составил 3.56 ± 0.50 и 3.34 ± 0.07 млн. лет [15]. Последние две даты не различаются в пределах погрешностей. Отличается ли от них первая из трех дат, сказать трудно, т.к. ее доверительный интервал не указан, поэтому скорее всего следует принять, что все три K-Ar даты указывают на один и тот же возраст, который определяется лучшим из цитированных трех определений, т.е. 3.34 ± 0.07 млн. лет.
Методика опробования
Сложное, местами дискуссионное строение вулканического центра и предполагаемое длительное его развитие делает задачу изучения истории его формирования довольно непростой. При классическом подходе пришлось бы опробовать и датировать множество отдельных вулканических и субвулканических тел, что было бы слишком трудоемко. Поэтому мы применили иной, нестандартный подход: циркон для анализа был отобран шлиховым опробованием в ручье Украинский вблизи его выхода из кальдеры (рис. 1). В этом месте ручей стекает с внутрикальдерного возвышения, образованного породами экструзивного комплекса. Такой способ опробования позволяет получить представительную пробу, содержащую циркон практически из всех породы кальдеры Уксичан для последующего и-РЪ анализа единичных зерен методом лазерной абляции.
Конечно, при таком опробовании мы получаем зерна циркона без конкретной привязки внутри кальдеры. Однако задача опробования как раз в этом и состояла — путем и-РЪ изотопного анализа индивидуальных зерен циркона получить все возможные значения возраста, отвечающие разным этапам формирования экструзивных пород кальдеры. В зависимости от полученного спектра и-РЪ возрастов для такой обобщенной пробы, можно будет планировать дальнейшие более детальные геохронологические исследования.
Полученная таким путем фракция циркона содержала довольно крупные зерна: при толщине призмы 100—150 мкм длина кристаллов преимущественно составляет 500—700 мкм и в единичных случаях превышает 1 мм. Отношение длины к толщине кристаллов варьирует преимущественно от 2 до 8, хотя встречаются и более удлиненные индивидуумы. Вариация длины кристаллов обусловлена в основном размерами призмы; в подавляющем большинстве зерен длина призмы в несколько раз больше длины пирамиды. У большинства пирамид преимущественно развиты грани {101}, хотя {211} тоже наблюдаются у части кристаллов. Такая морфология зерен циркона указывает в целом на их быстрый рост, что характерно для вулканических и субвулканических пород, а также на вариации состава материнского расплава [16].
Несмотря на шлиховой отбор пробы из ручья, зерна практически не окатаны, поверхности кристаллов не повреждены, что, очевидно, объясняется их недалеким переносом водными потоками от коренного источника.
МЕТОДИКА АНАЛИЗА
Изотопные исследования индивидуальных зерен циркона проводились в лаборатории изотоп-
ной геохимии и геохронологии ГЕОХИ РАН методом лазерной абляции. Для этого использовали ICP-MS спектрометр Element-XR (Thermo-Finni-gan) и лазерную установку UP-213 (New-Wave Research). В целом методика анализа близка к описанной в работе [17].
Выделенные зерна циркона отмывали от природного и лабораторного загрязнения смесью азотной и плавиковой (5 : 1) кислотой в ультразвуковой ванне при комнатной температуре 30 минут, затем несколько раз ополаскивали дистиллированной водой. Отмытые и высушенные зерна циркона с помощью препаративной иглы под бинолупой выкладывали на подложку (двусторонний скотч) и заливали эпоксидной смолой для получения стандартной 25-мм шашки. После затвердевания смолы поверхность шашки пришлифовывали на 1/4 — 1/3 размера исследуемых зерен на корундовых абразивах так, чтобы большая часть каждого зерна оставалась невскрытой для надежного механического удержания смолой. Если сошлифовывать половину зерна или больше, то оно нередко вылетает из смолы в процессе лазерной абляции. После шлифования шашку полировали алмазным абразивом с крупность зерна ~1 мкм. Перед установкой образцов в камеру лазера шашки отмывали 5%-ной азотной кислотой в ультразвуковой ванне и ополаскивали водой.
Шашки с образцами и стандартами помещали в самодельную камеру из оргстекла, покрытую просветленным под 213 нм кварцевым стеклом толщиной 2 мм. В ходе анализа камера продувалась гелием со скоростью 0.4—0.5 л/мин. После выхода потока гелия из камеры к нему примешивался аргон с примерно вдвое большим расходом. Потоки газов — наиболее важные и чувствительные параметры при настройке оптимального сигнала. Настройку на максимум сигналов Pb+ и U+
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.