ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 2, с. 20-43
УДК 551.21+550.42
ВУЛКАНИЧЕСКИЙ МАССИВ БОЛЬШОЙ СЕМЯЧИК (КАМЧАТКА): СОСТАВ ПОРОД, МИНЕРАЛОВ, ВОПРОСЫ ПЕТРОГЕНЕЗИСА
© 2015 г. Е. Н. Гриб1, В. Л. Леонов1, А. Б. Перепелов2
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: gen@kscnet.ru 2Институт геохимии им. А.И. Виноградова СО РАН 664303 Иркутск, ул Фаворского, 1А, e-mail: region@igc.ikr.ru Поступила в редакцию 04.03.2014 г.
Впервые приведена детальная характеристика петрографических, минералогических и геохимических особенностей комплекса пород вулканического массива Большой Семячик (ВМБС). Формирование массива происходило в три этапа: докальдерный, кальдерообразующий и посткальдерный. Состав пород варьирует от умеренно магнезиальных базальтов (48.86—51.87 мас. %, SiO2, 7.4— 8.3 мас. % MgO) до риолитов (75.12 мас. % SiO2, 3.86 мас. % K2O). На докальдерном этапе преобладали андезибазальты и андезиты. Изменение состава пирокластических отложений от риолитов до андезитов свидетельствует о зональном строении верхнекорового магматического очага под кальдерой. После извержения игнимбритов, верхнекоровый очаг пополнился базальтами. Присутствие в породах неравновесных минеральных ассоциаций, сложная зональность вкрапленников позволяет предполагать гибридную природу практически всех пород ВМБС. Вариации породообразующих окислов и микроэлементов в вулканитах указывают на ведущую роль фракционной кристаллизации в происхождении всего спектра пород района. Низкое содержание РЗЭ в магнезиальных базальтах ВМБС, обеднение их высокозарядными элементами предполагают связь родоначальных расплавов с деплетированным мантийным источником типа N-MORB. Высокая концентрация в них флюид-мобильных крупноионных элементов (Cs, Rb, Ba, K, Pb, Sr) свидетельствует об участии в процессах магмогенерации флюидов, отделяемых от субдуцируемой океанической плиты. Приведена концептуальная модель магматической системы.
DOI: 10.7868/S0203030615020030
ВВЕДЕНИЕ
Вулканический массив Большой Семячик (ВМБС) — сложное вулканическое сооружение, расположенное на центральном участке Восточной Камчатки (рис. 1). Он состоит из множества небольших, слившихся основаниями, вулканов, а также ряда экструзивных куполов, расположенных компактно на относительно небольшой территории [Влодавец, 1953, 1957, 1958; Леонов, Гриб, 1991, 2004]. Подробное описание геологического строения района было приведено в отдельной работе [Леонов, Гриб, 2014]. В настоящей статье мы отметим лишь основные черты строения района.
В строении массива выделяются докальдерный, кальдерообразующий и посткальдерный комплексы пород. Породы докальдерного комплекса вскрываются в западной части массива, на склонах хребта Борт, представляющего собой остаток докальдерной постройки, а также в северо-восточной части рассматриваемого района. В этих местах сохранились фрагменты стратовулка-
нов с преимущественно основным базальтовым, андезибазальтовым и андезитовым составом вулканитов. Породы, относящиеся к кальдерообразу-ющему комплексу, представлены в основном иг-нимбритами, которые занимают обширные пространства вокруг массива Большой Семячик. Их формирование связано с образованием кальдеры.
К посткальдерному комплексу относятся: толща озерных отложений, заполняющих кальдеру, а также лава и пирокластика многочисленных небольших вулканов, расположенных как за пределами кальдеры, в основном к востоку от нее, так и внутри или вблизи ее. Среди наиболее древних вулканов посткальдерного периода выделяется пять вулканов: Проблематичный, Центральный Семячик, Попкова, Плоско-Кругленький и Бурлящий. Более молодую группу составляют вулканы Западный Бараний, Восточный Бараний и Зубчатка (Большой Семячик). Все описанные стратовулканы имеют одинаковое строение: разрезы представлены чередованием маломощных (1—3 м) лавовых потоков и мощных пачек грубо-слоистых туфобрекчий и туфоагломератов. Про-
2 - 13
а б
ВС ""К
V а б
Рис. 1. Космический снимок (вверху) и блокдиаграмма (внизу) вулканического массива Большой Семячик (ВМБС).
I — хребет Борт (остатки докальдерной постройки), пунктиром обозначены структурные границы кальдеры; 2 — вулканы (а) и экструзивные купола (б) посткальдерного этапа (2 — Западный Бараний, 3 — Восточный Бараний, 4 — Кулакова, 5 — Опальный, 6 — Попкова, 7 — Плоско-Кругленький, 8 — Проблематичный, 9 — Иванова, 10 — Бурлящий,
II — Центральный Семячик, 12 — Зубчатка (Большой Семячик), 13 — группа экструзивных куполов); 3 — экструзивные купола; 4 — лавовые потоки; 5 — разломы. На врезке показано местоположение района на полуострове Камчатка.
дукты эксплозивной деятельности преобладают над лавовым материалом. Коэффициент экспло-зивности составляет 60—70%.
Кроме вулканов, в пределах ВМБС расположены также многочисленные экструзивные купо-
ла, внедрившиеся на посткальдерном этапе. Подробное описание куполов приведено в работе [Леонов, Гриб, 2014].
Хотя геологическое строение вулканического массива Большой Семячик изучено достаточно
20
в о
3 и л а н а о
тво
с е
4 и
л о
15
10
SiO2
5 -
ПИ.МИ.МИ.П
48-52 52-56 56-60 60-64 64-68 □ 1 |Щ 2 □ 3
68-72
72-76
Рис. 2. Гистограмма распределения 8Ю2 в породах ВМБС.
1 — докальдерный этап; 2 — кальдерообразующий этап; 3 — посткальдерный этап.
0
детально, опубликованные данные о составе вулканических пород и минералов-вкрапленников фрагментарны и касаются в основном продуктов, связанных с формированием кальдеры [Гриб, Леонов, 1992; Леонов, Гриб, 1998; Леонов и др., 2000]. Это не позволяет составить представление о процессах, связанных с эволюцией расплавов, и природе магматического источника. Целью настоящей работы является изучение петрографических особенностей, минерального состава и геохимии всего комплекса пород изученной структуры.
ДВО РАН методом полного силикатного анализа, за исключением Na2O и K2O, которые определены методом пламенной фотометрии. Содержания редких и редкоземельных элементов определены методом ICP-MS на приборе ELEMENT 2 (Finnigan MAT, Germany) в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН. Методика исследований на приборе ELEMENT 2 изложена в работе [Перепелов и др., 2007]. Для аналитического контроля использовались стандартные образцы базальтов (BIR-1, B- 2, BCR-2, BHVO-1) и андезита (AGV-1).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Определение составов минералов в вулканических породах ВМБС проводилось как в полированных аншлифах пород, так и с использованием мономинеральных фракций. Анализ минералов получен на электронном микроанализаторе "СатеЬах-244", оборудованным энерго-дисперсионным спектрометром "Кеуех" в Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. Ускоряющее напряжение 20 кВ, ток 40 нА. Количество анализов составило от 50 до 150 для каждого из исследованных минералов.
Валовые силикатные химические анализы вулканитов выполнены в Центральной химической лаборатории Института вулканологии и сейсмологии
ПЕТРОГРАФИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД
Породы вулканического массива Большой Се-мячик (ВМБС) образуют дифференцированный ряд от базальтов до риолитов. Роль отделенных типов пород менялась в процессе формирования структуры (рис. 2).
Базальты и андезибазальты. По составу минеральных ассоциаций выделяются двупироксено-вые (Р1 + Срх + Орх ± 01) и оливинсодержащие (Р1 + Срх + 01 + Орх) разности. Количество вкрапленников в базальтах варьирует от 35—40% в раскристаллизованных разностях пород до 15% — в менее раскристаллизованных. Двупироксеновые базальты характерны для вулканов Проблематич-
ный, Центральный Семячик и Плоско-Кругленький. В основании разрезов лавы имеют темно-серый цвет, массивную текстуру, отличаются умеренной магнезиальностью и незначительным содержанием вкрапленников. Местами они подвержены вторичным изменениям. В лавах встречаются единичные мелкие (0.2—0.3 мм) зерна оливина, иногда полностью замещенные идингси-том. В верхней части разрезов базальты отличаются более свежим обликом, выраженной порфировой структурой, в основном за счет вкрапленников плагиоклаза. В основании разреза внутрикаль-дерного вулкана Западный Бараний (в среднем течении реки Большой Семячик) двупирокскно-вые базальты и андезибазальты лежат на озерных вулканогенно - осад очных псефито --псаммитовых туфах заполнения кальдеры, а также в виде блоков (в ассоциации с озерными отложениями) в привершинной части экструзии Кулакова, испытавшей в верхнем плейстоцене резургентное поднятие [Леонов, Гриб, 2014]. Оливинсодержащие базальты и андезибазальты слагают лавовые потоки на вулканах Попкова и Зубчатка, встречаются в виде небольшого выхода на экструзии Крайней, в ассоциации с псефитовыми туфами. Включения оливинсодержащих базальтов и андезибазальтов в виде шлаков характерны для игнимбритов анде-зитового состава третьего этапа кальдерообразу-ющих извержений в рассматриваемом районе, а также в виде мелкозернистых включений в андезитах и риодацитах экструзивных куполов. Основная масса базальтов микролитовая, гиалопи-литовая, сложена бурым вулканическим стеклом, в которые погружены лейсты и микролиты плагиоклаза, мелкие зерна пироксена и рудного минерала.
Андезиты, дациты широко развиты на докаль-дерном и посткальдерном этапах. На докальдер-ном этапе андезиты представлены лавовыми потоками на севере и западе района в ассоциации с андезибазальтами. Северная часть хребта Борт сложена лавами дацитового состава. В процессе формирования кальдеры доля андезитов и даци-тов незначительна, но их появление в разрезах пирокластических отложений на завершающих этапах каждой из фаз (I—III), представленных преимущественно риодацитами, свидетельствует о зональном строении верхнекорового магматического очага на момент, предшествующий катастрофическим эксплозивным извержениям [Гриб, Леонов, 1992]. На посткальдерном этапе этот тип пород формирует в восточной части вулканического массива многочисленные экструзивные купола (и связанные с ними лавовые потоки) в верхнем плейстоцене и голоцене. Они концентрируются на восточных склонах (голоце-новые) и в разрушенных кратерных зонах (верх-неплейстоцен-голоцено
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.