ПЕТРОЛОГИЯ, 2013, том 21, № 5, с. 517-534
УДК 552.323.5
РОЛЬ ЗАДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ФОРМИРОВАНИИ ПОПЕРЕЧНОЙ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ВУЛКАНИТОВ РАННИХ ЭТАПОВ СТАНОВЛЕНИЯ О-ВА КУНАШИР
© 2013 г. А. Ю. Мартынов
Дальневосточный геологический институт ДВО РАН пр-т 100летия Владивостоку, 159а, Владивосток, 690022, e-mail: amartynov@fegi.ru
Поступила в редакцию 16.05.2012 г.
Получена после доработки 27.12.2012 г.
Геохимические исследования вулканитов ранних этапов формирования о. Кунашир позволили реконструировать важные особенности эволюции субдукционной системы. Основные лавы всех возрастных интервалов характеризуются отчетливой поперечной геохимической зональностью, свидетельствующей об их образовании в обстановке погружения океанической плиты. Высокие отношения Ba/Th и U/Th в базальтах фронтальных зон дают основание предполагать важнейшую роль в магмогенезисе низкотемпературного водного флюида. Для тыловодужных лав ранних миоценовых, плиоценовых и плиоцен-плейстоценовых этапов формирования островодужной системы реконструируется плавление субдукционного осадка, что, наряду с рассчитанными Т-Р параметрами генерации высокомагнезиальных базальтов, свидетельствует о влиянии задуговых тектоно-магмати-ческих процессов на субдукционный магмогенезис. Активный мантийный диапиризм и вулканическая деятельность в раскрывающейся Курильской котловине приводили к разогреву надсубдукционной мантии тыловой зоны, вовлечению в плавление верхнего осадочного слоя океанической плиты и, в конечном счете, к формированию базальтовых магм со специфическими геохимическими характеристиками.
DOI: 10.7868/S0869590313040055
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на огромный интерес, проявляемый к островодужным системам и связанным с ними магматическим процессом, данные по вулканизму ранних этапов ограничены (Stern, 2004). В полной мере это относится и к Курильской островной дуге. Аналитические данные, полученные современными инструментальными методами, доступны лишь для отдельных крупных голоце-новых вулканических центров (Журавлев и др., 1985; Ishikawa, Tera, 1997; Bailey et al., 1989; Binde-man, Bailey, 1999; Подводный вулканизм..., 1992; Мартынов и др., 2005). Для более древних миоценовых, плиоценовых и плиоцен-плейстоценовых вулканитов петрологической информации также недостаточно (Пискунов, 1987; Фролова и др., 1985). Отсутствует единая точка зрения на природу поперечной геохимической зональности вулканогенных образований (Богатиков, Цветков, 1988; Пополитов, Волынец, 1981; Биндеман, Фролова, 1993; Рыбин, Пискунов, 1991 и др.). В работе (Ishikawa, Tera, 1997) на основании линейной корреляции 511B с 87Sr/86Sr и Nb/B в современных вулканитах авторы объясняют вариации содержаний элементов от фронта к тылу островной дуги смешением двух изотопно-гомогенных компонентов — "субдукционного" флюида и
мантийного клина. При этом не отрицалась возможность частичного вклада в магмогенезис не-деплетированного мантийного материала. Важная роль флюидной фазы в происхождении магматических пород фронтальной зоны отмечалась и другими авторами (Журавлев и др., 1985; Богатиков, Цветков, 1988; Подводный вулканизм..., 1992; Bindemann, Bailey, 1999). Наряду с этим ряд исследователей (Подводный вулканизм., 1992; Bindemann, Bailey, 1999) предполагали изменение состава магматического источника по направлению к тыловой зоне островной дуги.
Первая, выполненная на современном аналитическом уровне изотопно-геохимическая характеристика древних миоцен-плейстоценовых базальтов о. Кунашир, информация была дана в работе (Martynov et al., 2010). Из-за сравнительно небольшого количества проанализированных образцов (12) в ней не были рассмотрены вопросы эволюции магматизма субдукционной системы. Чтобы восполнить этот пробел были проведены дополнительные аналитические исследования, главным образом микроэлементного состава, наиболее информативного при реконструкции сравнительно молодых магматических событий. Результаты проделанной работы являются предметом рассмотрения настоящей статьи.
Рис. 1. Схематическая карта Курильской островодужной системы c локализацией вулканических центров вдоль Большой Курильской гряды.
1 — вулканические центры; 2 — четвертичные вулканиты; 3 — третичные вулканиты; ЮЗ — южная зона; ЦЗ — центральная зона; СЗ — северная зона.
На врезке показано положение островных дуг в пределах Северо-Западной Пацифике и границы Северо-Американ-ской (NAM), Евроазиатской (EUR) и Филиппинской (PHIL) литосферных плит.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КУРИЛЬСКОЙ ОСТРОВОДУЖНОЙ СИСТЕМЫ
Курильская островодужная система (рис. 1), образованная в результате погружения Тихоокеанской океанической плиты под восточную окраину Евразии, состоит из Курило-Камчатского глубоководного желоба, Большой Курильской вулканической гряды и Курильской глубоководной котловины. При постоянной скорости конвергенции около 8.6 см/год, возраст океанической коры вблизи Курило-Камчатского желоба увеличивается с 90 млн. лет на севере до 118 млн. лет на юге (Bailey, 1996).
Курило-Камчатский глубоководный желоб заполнен: океаническими осадками с примесью континентального материала (17—80% объема), кремнистыми биогенными осадками (около 9 об. %), вулканическим пеплом (первые об. %), небольшим количеством карбонатов. Доля континентальной составляющей в осадке увеличивается с севера на юг (Ishikawa, Tera, 1997).
Формирование Большой Курильской вулканической гряды началось в олигоцене или в раннем миоцене. Общая ее протяженность превышает 1150 км при ширине от 100 до 200 км. В пределах дуги традиционно выделяют северную, центральную и южную зоны, хотя изотопные данные позволяют реконструировать только два литосфер-
ных блока в основании субдукционной системы (Мартынов и др., 2010). Глубина до погружающейся Тихоокеанской океанической плиты под современным вулканическим фронтом варьирует от 94.2 км под северными до 92 км под южными Курилами (Syracuse, Albers, 2006). Мощность коры изменяется незначительно: от 28—33 км на юге, 25—30 км в центральной части и до 32—36 км в северной (Злобин и др., 1987). Присутствие ксенолитов метаморфических пород свидетельствует о континентальной природе земной коры на всем протяжении Курильского архипелага (Подводный вулканизм..., 1992).
Формирование Курильской котловины относят к раннему-среднему миоцену (32—15 млн. лет), при дальнейшей смене режима (растяжения на сжатие) в позднем миоцене (Baranov et al., 2002). Несмотря на смену геодинамического режима, магматические процессы в тыловой зоне оставались активными, по крайней мере, вплоть до голоцена. Об этом свидетельствуют высокий тепловой поток (до 105 мВт/м2) и присутствие четвертичных (0.84—1.07 млн. лет) подводных вулканов на севере-востоке задугового бассейна (Baranov et al., 2002; Тарарин и др., 2000).
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ О-ВА КУНАШИР
Хотя начало вулканизма в Курильской островной дуге относят к раннему миоцену или олигоцену (Пискунов, 1987), наиболее древние породы наземной части вулканического разреза о-ва Кунашир представлены среднемиоценовыми лавами и пиро-
кластами кунаширской свиты ( N } ), формирование которой происходило в подводных условиях. Лавы и лавовые брекчии базальтов, чередующиеся с туфовыми прослоями среднего-основного состава, выше по разрезу переслаиваются с риолитами и кислыми игнимбритами. Высокая объемная доля последних позволяет некоторым исследователям выделять среднемиоценовую базальт-риолитовую ассоциацию (Пискунов, 1987).
Позднемиоценовые стратифицированные образования, относимые к ловцовской свите (N j—NJ ), представлены тонко- и грубоциклической толщей песчаников, конгломератов, диатомитов, в меньшей степени алевролитов, пепловых туфов кислого состава. Обломочный материал поли-миктовый, главным образом вулканогенный — средний, кислый и основной по составу. Основные лавы распространены ограниченно.
Плиоценовые стратифицированные вулканогенные отложения о-ва Кунашир, объединены в
3 3
алехинскую (N }—N2) и головнинскую (N }—N2) свиты, сложенные преимущественно кислыми эффузивами и пирокластами. Нижние горизонты вулканического разреза формировались в суб-
аэральных и морских условиях. Здесь резко преобладают игнимбриты и пемзовые туфы кислого состава при подчиненной роли базальтов. Интрузивные образования представлены многочисленными дайками, силлами, лакколитами и диапи-рами. Верхние части плиоценового разреза представлены вулканогенными осадками и пемзами. Наличие признаков обмеления, присутствие в песчаниках линз аллохтонного угля позволяет относить осадочные породы к флишу заключительных этапов длительного погружения территории.
Плиоцен-плейстоценовые стратифицированные образования, относимые к григорьевской свите (N2—Ql), вместе с комагматичными интрузивными телами характеризуют третью фазу вулканической активности (Пискунов, 1987). Лавовые потоки преимущественно основного состава формируют небольшие плато в приводораздель-ных западных и центральных частях острова. В геологической литературе при их описании часто используется термин "платобазальт", подчеркивая нетипичный для субдукционных условий трещинный характер их излияний. В составе стратифицированной толщи выделяются два комплекса пород. Нижний представлен преимущественно базальными конгломератами, гравелитами и кон-гломерато-брекчиями, часто замещаемыми по простиранию туфоконгломератами, агломерато-выми гиалокластитами и туфами основного и среднего составов. Верхний комплекс сложен субаэральными эффузивно-пирокластическими образованиями среднего и основного составов. В чередовании потоков наблюдается антидромная последовательность — андезиты нижних частей разреза сменяются базальтами. Иногда картируются фациальные переходы лав плато в осадочные морские толщи, что указывает на временное погружение острова или отдельных его частей ниже уровня моря. Покровные образования прорваны многочисленными экструзивными и дайко-выми телами базальтов. Некковые фации рассматриваются как жерлы щитовых вулканов.
Современная голоценовая фаза вулканической активности ^2) связана с эффузивно-эксплозив-ной активностью стратовул
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.