УДК 551.21+552.11
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ПЕТРОЛОГИЯ ЛАВОВОГО КОМПЛЕКСА ВУЛКАНА МОЛОДОЙ ШИВЕЛУЧ, КАМЧАТКА
© 2011 г. Н. В. Горбач*, М. В. Портнягин**, ***
*Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН бульвар Пийпа, 9, Петропавловск-Камчатский, 683006, Россия; e-mail: n_gorbach@mail.ru **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия ***LeibnizInstitute of Marine Sciences (IFM-GEOMAR) Wischhofstr. 1-3, D-24148, Kiel, Germany; e-mail: mportnyagin@ifm-geomar.de Поступила в редакцию 10.04.2010 г.
Получена после доработки 20.07.2010 г.
Проведено первое детальное геологическое и петролого-геохимическое изучение пород лавового комплекса вулкана Молодой Шивелуч. Оценен объем лавовых образований, определены относительная последовательность формирования постройки и минимальный возраст начала эруптивной деятельности. Лавы Молодого Шивелуча представлены преимущественно магнезиальными андезитами и андезиба-зальтами умеренно-калиевой известково-щелочной серии (SiO2 = 55.0—63.5 мас. %, Mg# 55.5—68.9). Геологические наблюдения, данные по минералогии и геохимии пород лавового комплекса позволяют сделать вывод, что магнезиальные андезиты вулкана Молодой Шивелуч имеют гибридное происхождение и представляют собой смесь кислых дифференциатов и высокомагнезиальной магмы, которая периодически пополняет близповерхностную магматическую камеру. Фракционная кристаллизация ассоциации плагиоклаза и роговой обманки при неполном отделении кристаллов плагиоклаза от фракционирующих магм приводит к появлению "адакитовых" геохимических характеристик (Sr/Y = 50—71, Y < 18 г/т) в наиболее дифференцированных разностях пород. Полученные результаты позволяют объяснить происхождение серии пород вулкана Молодой Шивелуч без привлечения модели плавления края субдуцирующей Тихоокеанской плиты.
ВВЕДЕНИЕ
Шивелуч — наиболее северный активный вулканический центр Камчатки (рис. 1а), привлекающий огромное внимание исследователей в силу ряда уникальных особенностей. Деятельность вулкана в голоцене, связанная с эруптивным центром Молодой Шивелуч, характеризуется мощными плиниански-ми извержениями и ростом экструзивных куполов. Масштабы и частота этих извержений делают этот вулкан наиболее активным эксплозивным центром Камчатки (Ропошагеуа й а1., 2007). После Ключевского вулкана Шивелуч является вторым по продуктивности (36 млн. т/год), а по количеству изверженных андезитов не имеет аналогов среди четвертичных вулканов Курило-Камчатской островной дуги (Мелекесцев и др., 1991). Для него характерны магнезиальные андезиты, нетипичные для других активных вулканов Камчатки (\01ynets, 1994). Сочетание уникальной геодинамической позиции (вулканический массив Шивелуч расположен на сочленении Курило-Камчатской и Алеутской дуг) и присутствие магнезиальных андезитов среди его изверженных продуктов послужило основанием для гипотезы о том, что вулкан питается продуктами плавления края Тихоокеанской плиты, субду-
цирующей под Северной Камчаткой (Yogodzinski etal., 2001; Churikova et al., 2001; Münker et al., 2001).
Несмотря на ключевое значение, которое отводится вулканическому массиву Шивелуч в современных моделях магмогенерации на Камчатке, в настоящее время известно немного данных о его геологическом строении, петрографии, минералогии и геохимии пород. Это не позволяет в полной мере протестировать альтернативные модели происхождения магм массива Шивелуч, например такие как модель смешения дифференцированных и примитивных магм в питающей системе вулкана, способную объяснить происхождение магнезиальных андезитов без привлечения плавления субдуцирован-ной плиты (например, Streck et al., 2007).
В настоящей работе приводятся результаты детального изучения петрографии, минералогии и геохимии пород лавового комплекса вулкана Молодой Шивелуч, которые основаны на проведенном нами систематическом полевом исследовании его постройки. Полученные данные свидетельствуют о широком развитии процессов смешения магм на современном этапе эволюции вулкана, что может объяснять его высокую активность и присутствие магнезиальных андезитов среди изверженных пород. "Адакитовые" геохимические особенности андези-
Рис. 1. Схема расположения вулканического массива Шивелуч.
(а) — общее положение; (б) — вид на вулкан с юга и его основные структурные элементы.
тов Молодого Шивелуча, низкое содержание У и повышенное отношение 8г/У объясняются фракционированием исходных базальтовых магм с участием амфибола в средне- и в верхнекоровых условиях.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Общая характеристика постройки вулкана
Вулканический массив Шивелуч занимает площадь более 1000 км2 в северной части Центрально-Камчатской депрессии (рис. 1а). На основании взаимоотношений с ледниковыми образованиями второй стадии позднеплейстоценого оледенения возраст вулкана оценивается в 60—70 тыс. лет (Ме-лекесцев и др., 1991). Позднеплейстоценовый полигенный стратовулкан Старый Шивелуч и действующий в голоцене Молодой Шивелуч (рис. 1б) — главные структурные элементы массива (Мелекесцев и др., 1991). Северная часть Старого Шивелуча представляет собой конус с крутыми склонами, абсолютная высота которого 3283 м. Южный сектор вулканического массива разрушен в результате крупномасштабного обвала, имевшего место до начала второй стадии позднеплейстоценового оледенения (Мелекесцев и др., 1991). В северо-западной части обвального цирка расположен эруптивный центр Молодой Шивелуч, с которым в голоцене было связано не менее 60 крупных извержений, сопровождавшихся образованием мощных пирокластических потоков, обломочных лавин, пеплопадов и лахаров (Ропошагеуа е! а1., 2007). Серия побочных экструзивных куполов группы Каран (рис. 2, 3б), формировавшихся субсинхронно с Молодым Шивелучем, находится на западном склоне Старого Шивелуча.
Постройка вулкана Молодой Шивелуч занимает площадь 40 км2 и состоит из экструзивных куполов, лавовых потоков и немногочисленных даек, разнообразных по морфологии, степени сохранности, со-
ставу и возрасту (рис. 3б). Северо-западный сектор постройки образован экструзией Четвертая вершина. Это высшая точка Молодого Шивелуча с абсолютной высотой 2763 м. Крутые западные склоны сформированы андезитовыми лавами двух сближенных экструзий, названных Горелым Мысом (Меняйлов, 1955). Восточные склоны сложены потоками лав различного состава и протяженности. Центральную часть постройки Молодого Шивелуча занимает активный кратер, сформированный в результате катастрофического извержения 12 ноября 1964 г., и вмещающий растущий экструзивный купол. Южное подножие вулкана покрыто голоцено-выми пирокластическими отложениями, которые занимают площадь около 250 км2.
Морфология и строение вулкана Молодой Шивелуч и экструзий группы Каран
Северо-восточный сектор вулкана Молодой Шивелуч сложен потоками лав Ol-Рx-Pl ± ИЬ1 андезитов и 01-Срх-Р1 андезибазальтов. Потоки берут начало на абсолютной высоте ~2000 м и образуют узкие субпараллельные ступени высотой до 25 м. Наиболее мощный и протяженный лавовый поток прослеживается вниз до высоты 1200 м. Обнажение лавового потока вскрыто в правом борту реки Сухой Ильчи-нец (рис. 4а). По строению поток зонален: в его кровле и подошве бурая лава брекчирована, а центральная часть характеризуется массивной субвертикальной отдельностью (рис. 4б), которая местами сменяется тонкоплитчатой отдельностью, ориентированной по течению потока. Мощность потока достигает 40—50 м, протяженность 4 км.
На северо-восточном склоне вулкана Молодой Шивелуч обнаружены экструзивные тела, ранее не описанные в литературе. Эти небольшие по объему экструзии, расположенные в краевой части лед-
Рис. 2. Вид на вулкан Молодой Шивелуч с юго-запада.
Приведены основные географические названия, упоминающиеся в тексте. Фото А.В. Сокоренко.
никовой седловины, разделяющей массив Главной вершины вулкана Старый Шивелуч и постройку Молодого Шивелуча, названы нами Ледовая и Разрушенная (рис. 4в, 4г). Экструзия Ледовая (N56.64232, Е 161.33478, высота 2370 м) имеет уплощенную вершину и сглаженные склоны (рис. 4в), вытянута в северо-западном направлении и обнажена над современным ледником на высоту ~200 м. Лавы, слагающие экструзию, имеют шаровую отдельность. Размер шаров составляет 20— 30 см. В центре шаров серая лава хорошо раскри-сталлизована, а его края имеют бурую окисленную оторочку шириной 2—3 см. Морфология экструзии и закалочная текстура ее лав позволяют отнести это образование к типу тюйя, сформировавшуюся при подледном извержении.
Экструзия Разрушенная (К 56.64055, Е 161.33778, высота 2150 м) расположена между ледником Иль-чинец и его небольшим правым притоком (рис. 4г). Узкий ледопад, соединяющий приток с основным ледником, интенсивно разрушает юго-восточный склон экструзии. Северный склон экструзии более пологий, в его нижней части наблюдается небольшой поток глыбовой лавы. В 100 м ниже по склону находится дайка северо-западного простирания мощностью до 7 м, протяженностью 150 м.
Серия лавовых потоков юго-восточного сектора.
Вдоль юго-восточной стенки современного кратера наблюдается ряд лавовых потоков меньшей мощности и протяженности. Истоки этих потоков срезаны дугообразным уступом раннего кратера, который расположен на расстоянии ~400 м субпараллельно
кромке современного кратера. Нижние потоки буроватых андезибазальтовых лав имеют протяженность 3—3.2 км при мощности 20—25 м и перекрываются более короткими потоками андезитовых и ге-теротакситовых лав. Наиболее интересным является поток лав с гетеротакситовой текстурой (рис. 4д). В лавах наблюдаются полосы, линзы и заливы разнообразного размера — от десятков см до микроскопических обособлений серого НЬ1-Р1 андезита в буром 01-Срх-Р1 андезибазальте.
Западную и центральную части вулкана Молодой Шивелуч слагают экструзивные НЬ1-Р1 лавы. Наиболее крупная экструзия — Четвертая вершина с запада выглядит правильным конусом с крутыми до 40°—45° склонами, сглаженными мощным слоем пирокластики (рис. 2). Правильность склонов лишь в вершинной части нарушена отдельными лавовыми обелисками. Южнее Четвертой вершины распол
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.