Иванов Б.В. Андезиты Камчатки

Подождите немного. Документ загружается.

330

небольшое количество ксенолитов. Во II типе андезитов более кальциевые клинопироксены,

субкальцевый авгит в виде микролитов и субфенокристаллов, в основной массе редко пижонит,

много ксенолитов дунит-гарцбургитовой, пироксенитовой, габбро-амфиболитовой и

гранитоидной ассоциаций. / 16 / Значение изотопов Sr

/Sr

в ксенолитах 0.7037 - 0.7045, ср.

0.7042 / 16 /. Важной особенностью ксенолитов является признаки взаимодействия с

магматическими расплавами. К петрохимическим особенностям андезитов 1 типа относятся:

меньший диапазон содержаний SiO

(57-59%), Fe

+FeO>7%, они менее щелочные, индекс

глиноземистости al'=1.67 — 1.76, индекс фемичности > 10. В андезитах II типа диапазон SiO

(59-63%), Fe

+FeO<7% они более щелочные и более глиноземистые (al' = l.76 — 2.01 ) с

индексом фемичности <10. Андезиты I и II типов имею заметные геохимические отличия:

толеитовые обогащены Mn, V, Со, Zn, Са, Ti, Sr, Sc; известково-щелочные — К, Na, Li, Rb, Ва.

В первых устойчиво Ва/Sr<1; во вторых Ва/Sr>1, в первых более высокие значения Sc/Ni,

Hf/Yb, Th/U. Изотопные отношения стронция в андезитах мантийного питания имеют низкие

значения и меньший разброс (0.7028-0.7038, среднее 0.7033) в андезитах мантийного-корового

происхождения более высокие значения и большой разброс (0.7030-0.0740, среднее 0.7035).

/ 16 / Значение δ

О в андезитах I типа от +4.1 до +7.7%, среднее +5.7%, андезитах II типа от

+6.5% до 9.2%, среднее +7.7%. Значение изотопов Sr и О и их флюктуации свидетельствуют об

участие в образовании андезитов II типа корового вещества / 16,20 /.

По комплексу экспериментальных, петрографических и петрогеохимических данных

наиболее хорошо согласующимся механизмом образования андезитов является фракционная

кристаллизация андезито-базальтовых магм с умеренным содержанием Н

О (1.5-2%) и

отделением магнетитовой ассоциации. Этот процесс идет при пониженном содержании Н

О и

низкой летучести кислорода в магматическом канале при образовании андезитов I типа и

повышенных содержаниях Н

О, повышенной летучести кислорода и взаимодействии с

веществом коры в промежуточных, глубинных коровых и периферических очагах при

образовании андезитов II типа / 16 /.

Новые материалы по андезитам Камчатки рассматриваются, в основном, на примере

достаточно хорошо изученного Карымского вулканического центра, который расположен в

центральной части Восточной вулканической зоны Камчатки и представляет один из

активнейших вулканических районов полуострова. Карымская группа вулканов или Карымский

вулканический центр расположен в пределах Карымской кольцевой структуры (ККС) и состоит

из двух активно действующих вулканов – Карымского, Малого Семячика и НЭЦ (нового

эруптивного центра, кратера П. Токарева) образовавшегося в 1996г. на дне Карымского озера.

В районе 18 потухших и множества моногенных вулканических образований: маары, шлаковые

конусы, экструзивные купола. Плотность вулканического ряда в районе составляет 1:10, 1:15,

331

что свидетельствует о высокой степени вулканической активности на протяжении всего

периода развития ККС. Вулканическая деятельность района на разных этапах

характеризовалась контрастностью состава продуктов извержений, от базальтов до риолитов, с

преимущественным развитием андезитового вулканизма и сосуществованием в пределах

структуры основного вулканизма мантийного питания и кислого вулканизма, связанного с

коровыми магматическими очагами. Рассматриваемый район достаточно хорошо изучен как в

геологическом, так и в геофизическом отношениях / 14, 18, 19,21 /.

Геолого-структурные позиции андезитов I и II типов.

Карымская группа вулканов располагается в пределах Жупановской и Карымской

кольцевых структур, представляющих собой вулкано-тектонические депрессии (ВТД)

возникающие на теле ассиметричного куполовидного поднятия, начало формирования которого

произошло в конце плиоцена. Возникновение таких поднятий связано с внедрением

магматического вещества в верхние горизонты земной коры и становление его в виде батолита

с многочисленными апофизами являющихся магмоподводящими каналами и магматическими

очагами. Характерной чертой таких ВТД является телескопичность их строения,

проявляющаяся в последовательном развитии однотипных структур все более высокого

порядка. Это хорошо видно на примере Жупановской кольцевой структуры размером 51 х 57

км, в северной части которой несколько эксцентрично располагается Карымская кольцевая

структура площадью около 1000 км

(36 х 28 км) в пределах последней – кальдеры вулканов

Однобокого, Академии Наук, Карымского, Малого Семячика / 14 /. Опустошение очаговых зон,

образование ВТД и кальдер связано с мощной вспышкой кислого вулканизма в течение средне-

верхнечетвертичного времени. Этот период характеризуется окончательным становлением

Жупановской и Карымской кольцевых структур. В верхнечетвертичное-голоценовое время этот

процесс завершился образованием кальдер в апикальной части ВТД. Удаление огромных

объемов вещества привело к обрушению верхней кромки коры с образованием системы

трещин: линейных, в центральной части структуры в виде разломов субмеридионального и

меридионального простирания; радиальных в виде узких, шириной до 5-10 км ступенчатых

грабенов с амплитудой смещения от 40 до 150-200 м, как, например, грабен р.Крестьянки и р.

Карымской в ее среднем течении, кольцевых разломов с амплитудой до 50-150 м

ограничивающих ВТД. / рис. 39.1 /

332

рис. 39.1 Тектоническая схема Карымской кольцевой структуры (К.К.С.)

(по материалам космической съемки района в масштабе ~ 1:300 000)

Условные обозначения:

I- Карымская кольцевая структура (К.К.С.);

II – Жупановская кольцевая структура

- вулканические центры, действующие;

- вулканические центры, потухшие;

3- - разломы ограничивающие Карымскую (I) и Жупановскую (II) кольцевые

структуры;

4- - кальдеры;

5- - разрушенные постройки центрального и дугообразного типа;

6- - разломы с направлением смещения;

7- - разрывные нарушения;

8- - моногенные вулканические образования;

Вулканы:

1- Карымский, современный конус; 2- Древний Карымский вулкан, кальдера; 3- Двор;

4- Разлатый; 5- Академия Наук; 6- Однобокий; 7- Белянкина; 8- Крайний; 9- Жупановские

Востряки; 10- Дитмара; 11- Малый Семячик; 12- Березовый; 13- Соболиный; 14- Сухой;

15- Новый эруптивный центр, кратер П. И. Токарева.

- структурные узлы

333

Все эти разломы относятся к категории коровых и являются следствием магматической

(вулканической) деятельности, которая продолжается и в настоящее время и характеризуется

внедрением магматического вещества по отдельным каналам фиксируемых на поверхности

активнодействующими вулканами. / 24 / Вулканизм района в течение голоценового времени

контролируется тектоническими особенностями ВТД. Региональным «распределителем»

магматического вещества является зона мантийных разломов северо-восточного простирания,

на которую насажены все ВТД Восточной вулканической зоны и большинство

активнодействующих вулканов / 14 /. С этой зоной связаны вулканы мантийного питания

базальт-андезито-базальтовой ассоциации с небольшим количеством субкислых

дифференциатов. Это потухшие вулканы Жупановские Востряки, Дитмара, Белянкина,

Однобокий, Крайний, Разлатый, древний Карымский, Двор извергающие в прошлом андезиты

I типа. Структурно эти вулканы связаны с сквозькоровыми разломами мантийного

происхождения. Распределение магматического вещества в верхних структурных этажах

контролируется системой коровых разломов. С разломами корового заложения связаны

андезитовые вулканы мантийно-корового питания (II тип андезитов), такие как Академия Наук,

современный конус Карымского и экструзивные купола в северной части ККС. На месте

пересечения коровых разломов с глубинными мантийными разломами возникают, так

называемые «структурные узлы», представляющие собой наиболее ослабленные зоны земной

коры и предполагающие возможность образования системы периферических магматических

очагов, имеющих связь с верхней мантией. Эта точка зрения подтверждается установлением по

геофизическим данным на глубине до 2 км от поверхности под вулканом Карымским

периферического магматического очага изометрической формы с поперечником 4.5-7 км / 11 /.

Имеются петролого-геохимические доказательства существования связи магматического очага

с верхней мантией. / 14, 16 / В пределах ККС можно выделить три «структурных узла»./ рис.

39.1 / Первый находится в самом ее центре, на месте расположения кальдеры вулкана Академии

Наук, кальдеры древнего вулкана Карымского и современного конуса вулкана Карымского,

и характеризуется по данным / 29, 30 / растяжением и субвертикальными плоскими

деформациями. Изучение деформаций в ходе подъема магмы / 36 /, можно рассматривать как

деформацию диапиров, где вязкое взаимодействие вещества диапира со средой приводит к

последовательному переходу от сильного растяжения к сильному вертикальному сжатию в

центре. Этот процесс, по-видимому, влияет на изменение конфигурации подводящих

магматических каналов и, следовательно, на режим fo

, являясь так же причиной цикличности

извержений вулкана Карымского и, в этом случае, геодезические методы могут быть

эффективно использованы для предсказания извержений. По-видимому, смена знака

напряжений, так же может быть одной из причин появления на Карымском вулкане в период

334

одной стадии извержения толеитовых и известково-щелочных андезитов. Второй «структурный

узел» располагается между вулканами Академии Наук, Однобоким на севере, в. Белянкиным на

западе и горой Пирог на востоке. С юга границей «узла» является борт ККС. Этот участок

интенсивной раздробленности может являться ареной проявления вулканических сил. Третий

«структурный узел» располагается к СВ от в.Карымского в зоне развития моногенных куполов.

Этот участок следует считать так же перспективным для будущих извержений.

В андезитовой пирокластике вулканов Академии Наук, Карымского, НЭЦ в районе

развития моногенных экструзивных образований кислого состава, в заметном количестве

обнаруживаются ксенолиты гранитоидов, что свидетельствует о присутствии в центральной

части ККС интрузивных тел на глубине 1-5 км от поверхности, представляющих собой

коровые магматические очаги и их апофизы, следовательно, «структурные узлы» можно

рассматривать как ослабленные зоны земной коры благоприятные для формирования II типа

андезитов. Петролого-геохимические данные по ксенолитам позволяют считать их

интрузивными аналогами кислых андезитов / 13, 16 /. Возраст ксенолитов по данным

/ 16, 38 / определяется в 0.5. - 0.8 млн. лет и последнее извержение в кальдере вулкана

Академии Наук позволяет предполагать, что в центральной части ККС вполне вероятно

образование новых вулканов. Ранее Б.В. Ивановым в работе / 14 / на геологическом разрезе

было показано место возможного будущего извержения на дне оз. Карымского, так как

близповехностные интрузии рассматривались как магматические очаги.

Разломы северо-западного простирания, а равно как широтные и субширотные в районе

ККС на поверхности практически не устанавливаются и фиксируются только геофизическими

методами, в районе в. Белянкина. Разломы северо-западного и субширотного простирания

Восточной Камчатки характеризуют древний структурный план района и, по-видимому, время

их заложения совпадает со временем формирования сейсмофокальной зоны. В структурном

отношении вулкан Карымский удален от сейсмофокального слоя на 250 км, по вертикали 120

км. Угол наклона сейсмофокальной зоны 45-50

/ 16 /.

Структурно в.Карымский расположен на пересечении разломов ССЗ и СВ простирания в

центре кальдеры, диаметр которой 5 км. Стенки кальдеры сложены плагиоклазово-

пироксеновыми базальтами, андезито-базальтовыми и двупироксеновыми андезитами I типа.

Образование кальдеры связано с мощными многоактными извержениями с объемам порядка 5-

7 км

Древнего Карымского вулкана, произошедшими ∼7900 лет назад. Состав извергнутого

материала отвечает дацитовым и риолитовым пемзам. Молодой конус в. Карымского возник

5300 лет назад / 3, 4 /.

Вулкан Академии Наук, располагающийся в 9 км к югу от в. Карымского представляет

собой дугообразную постройку обрамляющую южную часть кальдеры одноименного названия

335

диаметром 4 км. Структурно вулкан приурочен к субмеридиональному коровому разлому,

проходящему через вв. Однобокий, Карымский. Центральная часть постройки сложена

экструзией дацитов. Положение кальдеры Академии Наук определяется конфокальным

строением: она вложена в кальдеру вулкана Однобокого, борта которого четко видны по

периметру Карымского озера. Кальдера Академии Наук образовалась 28 000-48 000 лет назад.

/ 4 / С образованием кальдеры связаны кислые по составу пемзы с включениями обсидианов.

Это характерный признак пемз вулкана Академии Наук. В пемзах также обнаружена роговая

обманка, которая нигде в породах ККС больше не фиксировалась. Этот весьма важный

петрологический фактор для «генетических» построений происхождения вулканитов района.

Суммируя тектонические особенности распределения андезитов I и II типов следует выделить

региональные и локальные структурные признаки их проявления. Региональные – отвечают

выделенным ранее «мантийным» и «мантийно-коровым» андезитам. Локальные – отвечают

проявлениям двух типов андезитов в постройке одного вулкана связанных с особенностями

глубинного строения вулканического аппарата.

Глубинное строение андезитовых вулканов.

Вопрос о магматических очагах андезитовых вулканов рассматривался в работах / 11,

15, 16, 21, 23 /, из которых следует, что основными особенностями глубинного строения

вулканических зон по геолого-геофизическим данным являются:

1- присутствие под зонами активного вулканизма переходного слоя мощностью от 10 до 20 и

более км, представляющего собой по физическим характеристикам «корово-мантийную» смесь;

2- существование сквозькоровых глубинных разломов;

3- существования питающих магматических очагов: периферических на глубине 2-5 км,

глубинных коровых – 10-20 км, промежуточных в «переходном» слое 20-40 км и первичных в

верхней мантии на глубинах 50-70 км. Для базальтовых вулканов (I тип андезитов), связанных с

глубинными сквозькоровыми разломами, фиксируются периферические и промежуточные

очаги, для андезитовых вулканов (II тип) – периферические, глубинные коровые и

промежуточные. Такая «многоэтажность

» системы питания андезитовых вулканов неизбежно

должна приводить к задержке движения магмы к поверхности, осложнять процессы

дифференциации и способствовать процессам взаимодействия магмы с веществом коры.

Глубинные коровые и периферические очаги андезитовой магмы играющие главную

роль при формировании петрохимического и минералогического типа андезитов, способные,

336

исходя из физических свойств андезитов магмы изолировано существовать в течении

длительного времени, по сравнению с продолжительностью жизни базальтовых очагов

вследствие их больших теплопотерь / 37 /. По-видимому, это является главной причиной

длительного существования андезитовых коровых очагов и быстрого отмирания базальтовых, а

также принципиальной невозможности образования глубинных коровых очагов базальтовой

магмы.

На основании имеющихся геолого-геофизических данных / 9, 10, 15, 16, 24, 43 /

построена гипотетическая схема глубинного строения андезитовых вулканов. Восточной

вулканической зоны. Представленный геолого-геофизический разрез дает общее представление

о глубинном строение зон андезитового вулканизма. / рис. 39.2(а, б) /

История развития андезитовых вулканов (II тип андезитов) может рассматриваться как

извержение из ограниченного по объему резервуара через единую подводящую систему.

Поступление магмы на поверхность может быть как результатом пульсации, так и результатом

динамического равновесия магмы, прокачиваемой через систему промежуточный очаг –

коровый очаг – периферический очаг – поверхность.

Петрографические особенности андезитов I и II типов.

Фазовый анализ вулканитов не позволил выделить новые устойчивые и регионально

развитые петрографические типы андезитов. По-прежнему ими остаются двупироксеновые

(авгит-гиперстеновые), роговообманково-пироксеновые (амфибол-пироксеновые) и

роговообманковые (амфиболовые) андезиты. Их описание и анализ минеральных фаз

достаточно полно приводится в работе Б. В. Иванова / 16 /.

Дополнительными исследованиями подтвердилась установленная ранее закономерность

о более высокой кальциевости клинопироксенов в андезитах II типа. Клинопироксены как I ,

так и II типах андезитов петрографически сходны, но тем не менее отличаются своими

составами. На диаграмме Ca-Mg-Fe вполне отчетливо видна разобщенность полей

клинопироксенов андезитов I и II типов Клинопироксены андезитов II типа характеризуются

концентрически зональным строением с двумя или более зонами свидетельствующими о

длительной эволюции вкрапленников и тенденции последовательного увеличения содержаний

Al, Ti, Fe от центра к периферии. Для клинопироксенов II типа андезитов также свойственна

пульсационная или секторная зональность, которая не обнаружена в андезитах I типа. По

данным / 54 / эти процессы являются следствием изменения фугитивности кислорода, что

отвечает эволюции петрохимических трендов дифференциации и изменяющихся Р и Т

магматической системы по механизму ассимиляционно-фракционной кристаллизации (АФК).

337

338

339

Петрохимические тренды дифференциации андезитов I и II типов.

Известно, что T-тренд образуется при фракционной кристаллизации базальтовой магмы в

условиях низких давлений. Первой фазой на ликвидусе является оливин, затем следуют

плагиоклаз, клинопироксен и магнетит. Пижонит в виде микролитов присутствует в основной

массе и более заметен в основных андезитах.

ИЩ- тренд образуется при фракционной кристаллизации базальтовой магмы и высоком

O. Порядок кристаллизации – плагиоклаз, клинопироксен, ортопироксен, магнетит. Оливин

отсутствует и появляется как неравновесная фаза. / 1, 2, 44, 47, 48, 50 /

Фракционирование сопровождается процессами ассимиляции при задержке и

прохождение магмы через систему очаговых зон в верхней части земной коры. Следовательно,

одним из обязательных условий дифференциации по известково-щелочному тренду является

задержка магмы. Этот процесс хорошо реализуется в условиях магматических очагов, здесь же

происходит и активное взаимодействие с вмещающими породами, т.е. ассимиляция. Весь

процесс идет по механизму АФК.

Процесс смещение магм также является сильным механизмом образования известново-

щелочного тренда дифференциации. / 35, 44, 45, 52, 55 /

При рассмотрении трендов дифференциации вулканов Камчатки на диаграмме FeO*/MgO-

SiO

обращает внимание следующее: 1 – расположение трендов дифференциации в одном

петрохимическом поле Т или ИЩ вулканитов 2 - переход тренда из поля Т в ИЩ и обратно;

3 – миграция тренда из Т в ИЩ и обратно в течение короткого цикла извержения вулкана.

Можно говорить об устойчивом, неустойчивом и промежуточном трендах

дифференциации, которые характеризуют определенную физико-химическую обстановку в

магматическом канале или магматическом очаге. На формирование тренда дифференциации

решающим образом оказывает влияние особенности глубинного строения вулканического

аппарата или вулканической зоны, которое определяет конвективный режим магмы, а

следовательно ее физические свойства, порядок и степень кристаллизации, в том числе и

флюидный режим. По всей вероятности, образование петрохимических трендов происходит в

верхних структурных этажах земной коры, примерно на глубине 5-10 км и окончательно

формируется в заключительную стадию магматического процесса. Геологическая ситуация

решающим образом влияет на формирование трендов дифференциации. В общем виде ее

можно представить следующим образом. В «сбалансированных» магматических системах

преобладает устойчивый Т-тренд дифференциации. Примеров устойчивого тренда

дифференциации достаточно много и, что следует отметить, большинство их проявляется на