Химический состав и эволюция щелочных расплавов вулканического центра Горелый (по данным изучения включений в минералах)

Толстых М.Л.*, Наумов В.Б.*, Гавриленко М.Г.**, Озеров А.Ю.**

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, Москва, Россия, ** Институт вулканологии и сейсмологии (ИВИС), Петропавловск-Камчатский, Россия.

mashtol@mail.ru

Вулкан Горелый – крупный долгоживущий вулканический центр Южной Камчатки, сохраняющий эруптивную активность в настоящее время. Вулкан имеет сложное строение, в его строении выделяются две постройки – древняя и современная [1].

Древняя постройка – пра-Горелый – имеет щитообразную форму; в центре расположена кальдера диаметром 13х12 км, образование которой связано с масштабными излияниями игнимбритов.

Современная постройка – Молодой Горелый – занимает центральную часть кальдеры и представлена тремя слившимися конусами. Абсолютная высота центрального конуса – 1829 м. На вершине имеется 11 кратеров, наложенных друг на друга, на склонах – около 40 побочных прорывов с лавовыми потоками [2]

Для работы нами были взяты образцы игнимбритов Гор-19 (кальдерообразующий этап), дациты (Гор-11), соответствующие ранней посткальдерной стадии, андезиты (Гор-60) и андезитобазальты (Гор-15 и 46) молодого Горелого, а также оливиновые базальты (Гор-161), формирование которых происходило, возможно, еще на стадии Пра-Горелого.

Был изучен валовой и минеральный состав этих образцов, а также состав стекол расплавных включений в минералах-вкрапленниках. Раскристаллизованные включения нагревались до двухфазного состояния (стекло+газ) и закаливались. Гомогенные стекла анализировались на электронном микроанализаторе (Cameca SX-100, ГЕОХИ) и ионном микроанализаторе (Cameca IMS-4f, Ярославль).

NN	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
SiO₂	44,93	46,77	46,12	53,87	57,36	55,91	56,55	65,88	61,05	72,14
TiO2	0,6	0,31	1,29	2	1,98	0,59	1,62	0,75	0,46	0,65
Al₂O₃	17,02	20,76	17,8	15,66	15,85	20,89	14,99	17,4	16,91	12,48
FeO	9,54	8,9	7,9	9,28	7,22	1,67	8,8	2,77	2,36	2,69
MnO	0,17	0,17	0,17	0,19	0,17	0	0,19	0,09	0,04	0,1
MgO	6,44	8,95	9,24	2,36	2,19	3,22	2,3	0,67	1,47	0,53
CaO	10,18	7,96	11,09	7,13	6,41	5,23	6,1	3,26	2,91	1,39
Na2O	0,96	1,03	2,89	3,62	3,39	3,74	3,46	6,06	4,18	4,19
K₂O	5,55	3,28	0,8	2,5	2,8	6,14	2,6	2,74	7,79	3,49
P₂O₅	0,09	0,12	0,35	1,13	-	0,34	-	0,13	-	0,2
Cl	0,02	0	0,05	0,04	0,05	0	0,08	0,1	0	0,16
S	0,05	0	0,08	0,04	0,04	0	0,02	0,02	0	0,01
Total	95,55	98,25	97,78	97,82	97,46	97,73	96,71	99,87	97,17	98,03
Fo/An	Fo 83	Fo 84	Fo 82	54	57	60	59	42	40	37
N обр.	Гор-161	Гор-161	Гор-161	Гор-46	Гор-188	Гор-60	Гор-60	Гор-19	Гор-19	Гор-11

Таблица 1. Представительные анализы стекол расплавных включений в различных породах Горелого.

Отмечено значительное отличие в составах пород и расплавов (таб.1). Расплавы демонстрируют более широкий диапазон как по кремнекислотности, так и по щелочности. Если породы на диаграмме TAS лежат в полях нормальной щелочности, то значительная часть расплавов относится к субщелочной области - в основном, за счет повышенных содержаний K₂O (рис. 1).

Любопытно, что калиевые и натровые разности имеются и среди основных, и среди средних, и среди кислых расплавов; причем, максимальные содержания K₂O в базитовых и дацитовых расплавах различаются незначительно (5,5 – 6,7% соответственно).

То есть повышенные содержания калия не связаны с накоплением его в расплавах в процессе дифференциации; хотя прочие несовместимые элементы (за исключением стронция и титана, напрямую участвующих во фракционировании) обогащают именно кислые расплавы.

Особенно интересно, что иногда в андезитах расплавные включения, сложенные калиевым и натровым расплавами, соседствуют в одном зерне. Таким образом, можно предположить, что такая бимодальность – следствие локальных неоднородностей вязкого подщелоченного расплава в очаге либо процессов перераспределения на границе кристалл-расплав.

Источник обогащения калием представляется проблематичным. Присутствие высококалиевых разностей среди высокомагнезиальных (MgO>8 мас.%, Cr> 400 ppm) базитовых расплавных включений в оливине предполагает их глубинное происхождение – возможно, следствие проработки субстрата субдукционным флюидом, богатым LILE-элементами.

В то же время аномальная обогащенность средних расплавов литием (рис. 2) может быть объяснена коровой контаминацией [1]; таким образом, высококалиевые средние расплавы вполне могут смешанное происхождение с участием корового компонента.

Рис. 1. TAS-диаграмма для расплавов и пород вулканического центра Горелый.

1 – базальты, 2 – андезитобазальты, 3 – андезиты, 4 – игнимбриты, 5 – дациты.

Поля – составы расплавов; числа – номера образцов.

Рис. 2 Спайдер-граммы для расплавов (средние значения) разных групп:

1 – натровые основные расплавы, 2 – калиевые расплавы, 3 – средние расплавы, 4 – кислые расплавы.

Литература:

Портнягин М.В., Наумов В.Б., Миронов Н.Л., Белоусов И.А., Кононкова Н.Н. Состав и эволюция расплавов извержения 1996 г. в Карымском озере (Восточная Камчатка) по данным изучения включений в минералах. Геохимия, 2011, в печати.

Селянгин О.В., Пономарева В.В., Гореловский вулканический центр, Южная Камчатка: структура и эволюция. Вулканология и сейсмология, 1999, 2,3-23.

Sun, S.-s., McDonough, W.F., 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. In: Saunders, A.D., Norry, M.J. (Eds.), Magmatism in the Ocean Basins, Vol. 42. Geological Society, pp. 313–345.