Иванов Б.В. Андезиты Камчатки

Подождите немного. Документ загружается.

350

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.00

рис. 39.8

Отношение Ba/Sr в андезитах вв. Жупановские Востряки (I тип) и в. Карымский (II

Для анализа выбраны вулканы, где Т и ИЩ андезиты представлены, «чистыми» сериями.

Среди Т-андезитов таковыми являются двупироксеновые андезиты в.в. Жупановские Востряки,

Кизименок. К ИЩ-андезитам относятся роговообманковые и роговообманково-пироксеновые

в. Шивелуча, в. Безымяного, в. Кизимена и двупироксеновые андезиты в.Карымского.

Анализ поведения петрогенных компонентов и микроэлементов на дискриминационных

диаграммах показал, что начиная с образования андезито-базальтов, т.е. с уровня

промежуточных и коровых магматических очагов начинают формироваться андезиты II типа с

признаками влияния корового компонента. Эти индикаторные петрохимические и

геохимические признаки устанавливаются по ряду диаграмм, на рис. 39.7 – 39.11, которые еще

раз подтверждают, что причиной формирования андезитов II типа является в основном

, два

главных процесса ассимиляционно-фракционная кристаллизация (АФК) и процесс смешения

магм дацитового и базальтового составов в промежуточных, коровых и периферических

магматических очагах. В обстановке относительной стабильности магматической системы

формируются зональные магматические очаги и происходит образование минералогических

типов андезитов. Флюидное обогащение в верхней части магматического очага способствует

появлению роговообманково-пироксеновых и

роговообманковых андезитов II типа. Роль

базальтового вулканизма в процессе образования андезитов I и II типа является определяющей.

Для андезитов I типа, где совершенно точно андезиты являются дифференциатами базальтов

она очевидна, для андезитов II типа она осложнена процессами АФК.

351

Целый ряд геохимических диаграмм демонстрирует различия в распределении

микроэлементов в андезитах I и II типов / рис. 39.9, 39.10, 39.11 /.

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.00

рис. 39.9

Корреляция отношений Ba-Zr в андезитах двух генетических типов.

I - ан

езиты I типа в. Кизименок

II - ан

езиты II типа в .Кизимен.

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

рис. 39.10 Корреляция отношений V-Cr в андезито-базальты двух генетических типов.

I- андезито-базальты I типа в .Кизименок, II - андезито-базальты II типа в. Кизимен.

352

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00

рис. 39.11 Корреляция отношений V-Cr в андезитах двух генетических типов.

I - андезиты I типа в. Кизименок, II - андезиты II типа в. Кизимен.

Диаграммы Ba/Sr, Ba/Zr, V/Cr, поведение РЗЭ La/Lu, La/Sm также подтверждает

петрохимические выводы. Анализ La/Yb значений в андезитах на диаграмме РЗЭ показывает:

в. Ключевской ТА-2.6; в. Безымянный ИША – 3.5, Кизимен ИЩА – 7.1, по величине значения

La/Yb можно, по-видимому, судить о степени толеитовости или известково-щелочности

андезитов.

Геохимические исследования андезитов Карымского вулкана выявили дополнительные

критерии распознания ТА и ИЩА. Спектры распределения РЗЭ в ТА и ИЩА очень близки, но

различаются несколько повышенным значениям La и Yb в ИЩА. Исходя из этих, данных,

можно пологать, что ТА и ИЩА имеют единственную родоначальную магму. По составу

отвечающую высокоглиноземнистым толеитовым базальтам. Обращает внимание более четко

выраженная положительная Eu-аномалия в ТА, что означает меньшую степень

фракционирования Pl в них, чем в ИЩА. Эта особенность ярко видна на примере подушечных

и покровных лав. В общем для ИЩА характерно более высокое значение отношений La/Yb и

менее четко выраженные положительные Eu-аномалии. / 46, 49, 51 / Отношение La/Се в ТА и

ИЩА меньше единицы (0.44 и 0.47), что указывает на происхождение их из мантии,

истощенной легкими РЗЭ. Отношение Hf/Yb, Ва/Se больше в ИЩА, а Sc/Ni, Sc/Cr — в ТА. Эти

геохимические коэффициенты могут быть дополнительными критериями отличия ТА от ИЩА.

В ТА отмечаются более высокие содержания Ni, Cr, Со, Zn, что указывает на заметное влияние

при их образовании мантийной составляющей. С высокогазонасыщенными подушечными

353

лавами связано повышенное содержание Zn. Заметный разброс в содержаниях Cr отмечается в

ТА. Отношение Th/U – 1.5 в ТА типично для среднекалиевых андезитов островных дуг.

Существуют изотопные и РЗЭ доказательства существования I и II типов андезитов, а на

примере двух вулканов Восточной Камчатки - Жупановские Востряки и Кизимена / 20 /.

На первом ярко проявлены андезиты I типа, на втором II типа. Как первый, так и второй

находятся в пределах Восточного вулканического пояса. Вулкан Жупановские Востряки

располагается в южной части Жупановской кольцевой структуры, вулкан Кизимен в северной

части Восточной вулканической зоны на Ю-В борту Щапинского грабена. Расстояние между

вулканами 190 км.

На рис. 39.12 показаны соотношения изотопов неодима и стронция в породах

рассматриваемых вулканов, а в табл. 39.2 результаты изучения изотопного состава Sr и Nd.

I-2549

I-2507

I-2505

M-1846

M-1844

M-1842

M-1840

M-1837

M-1832

M-1835

M-1821

J-4666

M-1838

M-1814

I-2703

I-2526

I-2550

I-2534

I-2521

0.51306

0.51308

0.51310

0.51312

0.51314

0.7030 0.7031 0.7032 0.7033 0.7034 0.7035 0.7036

Sr/

143

Nd/

144

рис

39.12

Соотношение изотопов неодима и стронция в породах в.в. Жупановские Востряки и

Кизимен.

в. Жупановские Востряки: 1 - базальты, 2 - андезито-базальты, 3 - двупироксеновые андезиты;

в. Кизимен: 4 - андезито-базальты, 5 - роговообманково-пироксеновые и роговообманковые

ан

езиты

6 - ква

рц

-ам

иболовые

иты

;

354

Таблица 39.2

Результаты изучения изотопного состава Sr и Nd

Образец Порода

Sr/

Sr+2σ

143

Nd/

144

Nd+2σ

в. Жупановские Востряки

I-2526 Базальт 0,703101+10 0,513133+7

I-2521 Базальт 0,703100+11 0,513124+7

I-2505 Андезито-базальт 0,703123+7 0,513098+7

I-2534 Андезито-базальт 0,703071+14 0,513120+7

I-2703 Андезито-базальт 0,703101+14 0,513138+7

I-2549 Андезит 0,703130+10 0,513103+5

I-2550 Андезит 0,703115+11 0,513126+7

I-2507 Андезит 0,703163+11 0,513095+6

в. Кизимен

M-1842 Андезито-базальт (экстр.) 0,703332+14 0,513083+7

I-4666 Андезито-базальт 0,703345+15 0,513078+7

M-1814 Андезито-базальт 0,703386+11 0,513067+5

M-1838 Андезит (лава) 0,703355+11 0,513066+7

M-1840 Андезит (лава) 0,703378+11 0,513086+7

M-1821 Андезит (лава) 0,703440+10 0,513081+6

M-1835 Андезит (экструзия) 0,703270+10 0,513083+5

M-1844 Андезит (экструзия) 0,703313+13 0,513090+5

M-1837 Андезит (экструзия) 0,703330+10 0,513084+6

M-1832 Дацит (экструзия) 0,703510+11 0,513084+6

M-1846 Дацит (экструзия) 0,703331+13 0,513089+6

Из приведенного материала отчетливо видно обособленность полей по изотопным

меткам Nd и Sr андезитов I и II типов. Повышенные значения Sr

/Sr

в андезитах II типа по

сравнению с андезитами I типа свидетельствует об участии компонентов коры в их

происхождении. Однако может появиться вопрос: «не связаны ли повышенные значения

изотопов Sr и Nd как в первом так и втором типах андезитов с различным составом пород

верхней мантии под вулканами?» Для разрешения этой ситуации были проведены исследования

содержаний РЗЭ в тех же образцах андезитов. При сравнении моделей РЗЭ обнаруживается их

большое сходство, что свидетельствует о близком составе верхней мантии под вулканами

Жупановские Востряки и Кизимен и лишь некоторые отличия улавливаются в значениях

Eu/Eu* = δEu, где [Eu] - измеренное содержание европия, а [Eu*] - его содержание в хондритах.

В андезитах в. Жупановские Востряки δEu — 0.48, андезитах Кизимен 0.95, что

свидетельствует о разной степени фракционирования расплавов андезитов I и II типов.

Повышенные значения δЕu также указывают на заметную роль корового материала. Отношение

Sm/Nd может быть показателем степени дифференциации расплавов и процессов ассимиляции.

В ходе дифференции Nd концентрируется в остаточных расплавах относительно Sm и породы в

генезисе которых участвует коровая компонента имеют низкие Sm/Nd значения. В породах

Жупановские Востряки значения Sm/Nd в базальтах (0.30), андезито-базальтах (0.34) и

андезитах (0.26). В андезито-базальтах и андезитах в. Кизимен значение Sm/Nd заметно ниже:

355

соответственно 0.28 и 0.25. Значение ΣNd в двупироксеновых андезитах I типа +9.1, в

роговообманково-пироксеновых андезитах II типа +8.6, это означает, что андезиты II типа несут

коровую нагрузку. Значение La/Yb в андезитах I типа 4.3., II типа 6.2, может свидетельствовать

о смешении двух компонентов при образовании андезитов II типа.

Проведенные исследования изотопного состава Sr и Nd содержаний РЗЭ в андезитах

Камчатки позволяют констатировать следующее:

Андезиты с высокими значениями Sr

/Sr

и низкими Nd

143

/Nd

144

относятся к

известково-щелочным породам мантийно-корового происхождения. Андезиты с низкими

значениями Sr

/Sr

и высокими Nd

143

/Nd

144

следует относить к толеитовым андезитам

мантийного генезиса. Значение Sr

/Sr

и Nd

143

/Nd

144

по новым данным, в андезитах I типа

0.703128 и 0.513099, андезитах II типа 0.703369 и 0.513109, что вполне согласуется с

опубликованными ранее значениями по Sr

/Sr

для I типа – 0.7031 и 0.7035 для II типа.

/рис. 39.13 /

0.51304

0.51305

0.51306

0.51307

0.51308

0.51309

0.5131

0.51311

0.51312

0.703000 0.703100 0.703200 0.703300 0.703400 0.703500 0.703600 0.703700 0.703800

/Sr

143

/Nd

144

рис. 39.13

Соотношение изотопов Sr

/Sr

- Nd

143

/Nd

144

в породах вв. Кизимен и Кизименок

в. Кизимен: I-лавовые потоки, II - экструзии. в. Кизименок: III - лавовые потоки, дайки.

III

Среднее значение δ

О в новых определениях +4.6 (Iтип) и +7.3 (IIтип), что вполне

соответствует / 16 / ранее определенным +5.7(Iтип) и +7.7 (IIтип). /рис. 39.14 /

356

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68

Si0

рис. 39.14

Значение изотопов

- Si0

в породах в.в.Кизимен и Кизименок.(табл. 39.3)

в. Кизимен: I-лавовые потоки, II - экструзии. в. Кизименок: III - лавовые потоки, дайки.

III

Таблица 39.3

Значения изотопов кислорода (δ

) в породах некоторых

вулканов Восточной Камчатки.

№

№ обр.,

п.п.,

табл.

SiO

вес.

Порода, минерал

Место нахождения

в. Авача

1 I-2010 56.54

Двупироксеновый андезито-

базальт

+5.0

Извержение 1991г., истоки

лавового потока

2 I-2012 -- -- ---- ---- +6.3 ----- средняя часть потока

3 I-2017 -- -- ---- ---- +5.0 ----- фронт потока

в. Белянкина

4 I-674 50.71 Базальт +4,6 Нижние горизонты постройки

5 I-670 57.26

Двупироксеновый слабо

измененный андезит

+4,1

Лавовые потоки нижних

горизонтов

6 I-649 65.42

Дацит

+4,8

Некк, на месте центральной части

вулкана

в. Двор

7 I-638

53.26 Двупироксеновый андезито-

базальт

+3.1

Лавовый поток побочного конуса

8 I-4484 57.20 Двупироксеновый андезит +5.3 Верхние горизонты постройки

в. Древний Карымский (кальдера)

9 I-4489

48.46 Оливин

+6.1

Средние части кальдеры, западный

борт

10 I-1023

58.50 Двупироксеновый андезит

+4.1

Верхние горизонты кальдеры,

западный борт

в. Карымский (современный конус)

357

11 I-603 54.58

Двупироксеновый андезито-

базальт

+4.3

Конус «Лагерный» в верхнем

течении р. Карымской

12 I-4499 60.80 Двупироксеновый андезит +6.0 Лавовый поток 1976г.

13 I-939 62.88 ----- ----- +6,6 --- ---

14 I-982/2 63.88 ----- ----- +6.2 Шаровые лавы, извержение 1963г.

в. Академия Наук

15 I-4481 57.66

Двупироксеновый андезит

+7.1

Нижние горизонты в западной

части вулкана

16 I-4481 60.50 плагиоклаз +7.0 --- ---

в. Жупановские Востряки

17 I-2549 58.66 Двупироксеновый андезит +4.8 Южная часть постройки

18 I-2550 59.96 ---- ---- +4.1 --- ---

Известно, что величина δ

О сильно зависит от изотопного состава вмещающих коровых

пород, увеличение этого показателя более чем на две единицы (2.7) свидетельствует о заметной

роли ассимиляции в образовании андезитов II типа. / 53 / Корреляцию изотопных данных с

данными P3Э по европию, неодиму, самарию подтверждает вышесказанное.

Петрология Т и ИЩ трендов дифференциации и генезис

андезитов I и II типов.

Формирование толеитового и известково-щелочного трендов дифференциации, как было

показано выше зависит от многих условий и, в первую очередь от режима fo2. Этот параметр

очень чутко реагирует на изменения физико-химической системы в подводящих магматических

каналах и магматических очагах. В свою очередь состояние физико-химической системы

определяется не только составом магмы, но и размером, конфигурацией, глубиной залегания

магматического очага, т.е. набором тех параметров, которые влияют на конвективный режим

магмы, определяющим порядок ее кристаллизации и ее физические свойства. Таким образом,

глубинное строение магматической системы можно считать решающим фактором образования

Т и ИЩ трендов дифференциации. Механизм АТФ и процесс смешения магм наиболее ярко

проявляется при многоконтакной связи магмы с вмещающими породами, что легко

осуществляются при многоэтажной системе магматических очагов и активной вулкано-

тектонической обстановке вулканических зон. Активными агентами образования Т и ИЩ

трендов дифференциации, как мы видим на примере извержения в. Карымского, является

динамические характеристики андезитовых магм. Температура, плотность, вязкость,

газонасыщенность, состав газовой фазы влияют на динамическое поведение андезитовых магм,

т.е. на ее способность к движению, задержке, конвекции, кристаллизации, дегазации. Связь

358

указанных свойств безусловна и во многом пока непонятна и исследование этих связей задачи

будущего. Необходимо знать достаточно точно форму и размер магматического очага или

система подводящих каналов, как наиболее значительных параметров модели теплопередачи,

граничных значений реологических свойств и т.д. Следует отметить, что при формировании

промежуточного тренда дифференциации, происходит заметная смена петрохимических

характеристик при переходе с ИЩ на Т-тренд достаточно быстро ( в течение полугода), что в

то время как геохимическая специализация остается постоянной для ИЩА. Эту особенность

можно объяснить большей химической подвижностью окислов, по сравнению с

микроэлементами. Факты, учитывающие появление максимально газонасышенных pillow лав

на склонах в. Карымского в 1963г. и максимально взрывную деятельность вулкана,

свидетельствует о большой роли флюидной составляющей при образовании Т или ИЩ трендов

дифференциации. При движении к поверхности максимально проявляется процесс дегазации,

который приводит к переносу и перераспределению летучих компонентов определяя физико-

химические и динамические параметры вулканической системы, в том числе и порядок

появления и очередности минеральных фаз, который приводит к получению спектра

дифференциации трендов от Т до ИЩ.

Генетическое значение выделения перохимических серий вулканитов для

распознания особенностей вулканического процесса.

Выделение устойчивого, неустойчивого и промежуточного трендов дифференциации

при формировании андезитов I и II типов позволяет сделать следующие выводы:

1- «устойчивый тренд» дифференциации как для I так и II типа андезитов

свидетельствует о «сбалансированной» магматической системе очаг-канал и указывает на

относительно постоянный режим извержения и гомодромный характер эволюции вулканитов.

2- «неустойчивый тренд» дифференциации свидетельствует о нарушении процесса

фракционной кристаллизации, вызванного целым комплексом причин, из которых важными

можно считать начавшуюся структурную перестройку глубинного строения вулканического

аппарата, истощение магматического очага, перерыв в поступлении магмы, вызванный

ослаблением эндогенной активности и т.д. Режим извержения прерывистый с длительными

периодами покоя и короткими циклами максимальной активности, сменой гомодромного

характера магматической эволюции на антидромный. Увеличение количества андезитов II

типа.

359

3- «промежуточный тренд» дифференциации указывает на кардинальную перестройку

магматической системы вулканического процесса. На первое место здесь выступает

структурный контроль как фактор максимально определяющий неустойчивый режим fo

Многоэтажность магматических очагов, геометрические характеристики магмоводов

определяющих конвективный режим магмы, режим АФК, смешение

разнодифференцированных магм при формировании промежуточного тренда с учетом

особенностей глубинного строения вулкана приобретает решающие значение. Режим

извержения крайне напряженный с преимущественным развитием андезитов II типа.