Петрология голоценовых субщелочных базальтов Седанкинского дола, Камчатка.

Шур М.Ю.*, Плечов П.Ю.*, Дирксен О.В.**, Базанова Л.И.**

* Геологический факультет Московского Государственного Университета имени М.В.Ломоносова,

**Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия

maryshur@gmail.com

 

Зона четвертичного вулканизма занимает современную водораздельную часть Срединного хребта Камчатки и его западные склоны, слагая более 50% площади хребта. Общая протяженность зоны составляет 450 км при ширине от 30 до 100 км. Геологический эффект четвертичного вулканизма Срединного хребта вполне соизмерим с таковым Восточного Вулканического фронта. Здесь выделено свыше 120 вулканов полигенного типа с диаметром основания от 2 – 3 до 45 км и около 1000 мелких моногенных вулканических образований – шлаковых и лавовых конусов (Огородов и др., 1972).

Седанкинский Дол находится на севере водораздельной части Срединного хребта. В его пределах насчитывается более 300 вулканических аппаратов - небольших щитовых вулканов и моногенных конусов позднеплейстоценового и голоценового возрастов. Средняя плотность эруптивных центров здесь составляет порядка 0,4 центра на 1 км², местами увеличиваясь до 1-2 центра на км².

Возрастное расчленение голоценовых эруптивных центров проводилось с помощью тефрохронологического метода с применением радиоуглеродного датирования.  В районе Седанкинского Дола были обнаружены и датированы разновозрастные транзитные пеплы вулкана Шивелуч (950, 1900, 2550,  2800, 3800, 5700 и 8300 ¹⁴С л.) и пеплы вулканов Опала (1500 ¹⁴С л.), Ксудач (1800 ¹⁴С л.) и Хангар (6900 ¹⁴С л.). Это позволило датировать голоценовые извержения ареальных вулканов с высокой детальностью. Было определено, что в голоцене в  районе Седанкинского Дола произошло 21 извержение с общим объемом извергнутого материала порядка 3 км³. При этом вулканическая деятельность не была непрерывной, а проявлялась в виде двух пульсов активизации – раннеголоценового (8000-9500 ¹⁴С лет) и позднеголоценового (2550-2800 ¹⁴С лет) с перерывом более 5000 лет между ними. В раннем голоцене на территории Седанкинского дола было активно 15 эруптивных центров, в результате деятельности которых на поверхность было извергнуто около 1,89 км³ магмы.  В позднем голоцене возникли еще 6 новых шлаковых конусов и произошло вершинное извержение вулкана Титила, общий объем изверженного материала составил около 1 км³.

Для детального исследования  и сравнения нами были выбраны представительные образцы  лав и тефр обоих голоценовых импульсов вулканизма (из 4 ранне- и 5 позднеголоценовых эруптивных центров).

 Петрографически все изученные породы весьма сходны между собой и являются оливиновыми базальтами  с серийно-порфировыми структурами. При этом в породах обеих возрастных групп вкрапленники первой генерации представлены только оливином и плагиоклазом, клинопироксен полностью отсутствует, хотя он был обнаружен в виде твердофазных включений в кристаллах оливина. Вкрапленники оливина в породах обеих возрастных групп сильно резорбированы. Помимо редких включений клинопироксена, они содержат также хромшпинелид, плагиоклаз и расплавные включения. Основная масса исследованных пород сложена плагиоклазом, клинопироксеном, оливином, магнетитом и небольшим количеством вулканического стекла и имеет различную степень раскристаллизации (от гиалопилитовой до долеритовой, что определялось положением образца в потоке). Пористость изученных пород варьирует в пределах от 5 до 20%, размер пор – от 0,1 до 8 мм.

В процессе работы нами были изучены составы 330 вкрапленников оливинов (130 из позднеголоценовых базальтов и 200 из раннеголоценовых). Во всех исследованных образцах оливины незональны. Диапазон вариации составов вкрапленников оливина (Fo₇₅ -Fo₈₇) примерно одинаков для обеих возрастных групп базальтов. При этом крайние значения магнезиальности (Fо_75-77 и Fo_86-87) во всех породах встречаются очень редко. Содержания CaO (около 0,2 вес.%), MnO (около 0,3 вес.%), NiO (ок. 0,2 вес.%) и Cr2O3 (ок. 0,02%) одинаковы в породах обеих возрастных групп.

Вкрапленники плагиоклаза во всех породах имеют сложную осцилляционную зональность, что   затрудняет выделение различий в составах плагиоклаза из базальтов разных возрастных групп. В процессе работы были изучены особенности зональности 32 вкрапленников плагиоклаза из раннеголоценовых базальтов и 16 – из позднеголоценовых. Диапазон вариации состава плагиоклаза в них примерно одинаков, причем плагиоклазы из пород одной возрастной группы различаются более существенно, чем из разновозрастных пород. Для базальтов обеих  возрастных групп характерна следующая зональность вкрапленников плагиоклаза. Наиболее основной плагиоклаз встречается в центральных частях кристаллов, его состав варьирует в пределах Аn₇₂ - Аn₇₉ (встречен один реликт плагиоклаза Аn₈₉).  Далее следует кайма более кислого плагиоклаза Аn₆₅ – Аn₆₉ (в редких случаях до Аn₅₀), затем опять кайма повышения содержания анортитового компонента до Аn₇₂ - Аn₇₄. В различных кристаллах далее может следовать еще несколько зон повышения и понижения содержания анортитового компонента в пределах того же диапазона составов Аn₆₅ - Аn₇₄. Состав микролитов и краевых частей вкрапленников варьирует в пределах Аn₄₀ – Аn₅₈.

Был изучен состав 67 кристаллов хромшинелида , встречающегося в виде твердофазных включений в оливине (44 из раннеголоценовых базальтов и 23 из позднеголоценовых). Обнаружено, что

состав хромшпинелида варьирует в довольно широких пределах вне зависимости от возраста базальтов. Содержание хрома (Cr/R3)  во всех хромшпинеладах сравнительно низкое (0,1-0,3), при слабой обратной корреляции с содержанием магния. Преобладающим трехвалентным катионом является алюминий (Al/R3 0,3-0,8). Содержание окисного железа (Fe3+/R3) варьирует в тех же пределах, что и хромистость (0,1-0,3) и прямо коррелирует с ней. Содержание TiO₂   в изученных хромшпинелидах различное – от 0,5 до 5,6 вес.% и имеет четкую обратную корреляцию с содержанием магния. Магнезиальность хромшпинелидов (Mg/Mg+Fe²⁺) варьирует в пределах 0,4-0,7 и прямо коррелирует с магнезиальностью оливина-хозяина.

По составам сосуществующих шпинели и оливина (Ballhaus et al., 1991) были рассчитаны фугитивность кислорода и температура кристаллизации.  Для базальтов обеих возрастных групп фугитивность кислорода находится на уровне Ni-NiO  – Ni-NiO+1.

Вкрапленники оливина всех изучавшихся пород содержат расплавные включения. Нами было исследовано 150 расплавных включений (99 из ранне- и 51из поздеголоценовых базальтов).  Пересчет составов расплавных включений на составы исходных расплавов проводился при помощи программы Petrolog-3 с использованием модели «Fe-loss» (Плечов, Данюшевский 2006), учитывающей коррекцию потери железа расплавными включениями в оливинах за счет диффузионного обмена между включением и оливином-хозяином. Составы полученных расплавов образуют достаточно большие поля – содержание SiO₂ в них колеблется в пределах 46-55 вес.%, TiO₂  1-2,5 вес.%, Al₂O₃ 13-19 вес.%, MgO 5-8,5 вес.%, CaO 6-11 вес.%, Na₂O 2,5-5,5 вес.% и K₂O 0,6-2,5 вес.%. При этом крайние значения диапазонов содержания большинства окислов относятся к расплавам из позднеголоценовых эруптивных центров, расплавы же из раннеголоценовых базальтов располагаются внутри этих полей. Таким образом, не наблюдается отчетливой зависимости состава полученных  расплавов  от времени извержения. При этом обнаруживается отчетливая корреляция составов расплавов и высоты над уровнем моря соответствующего эруптивного центра.  Данная зависимость проиллюстрирована на примере распределения содержания К₂О, усредненного для каждой из изученных пород. Подобным же образом с ростом высоты эруптивного центра в расплавах повышается содержание SiO₂. Содержания MgO, СаО и Al₂O₃ имеют отчетливую обратную тенденцию.

 

 

References:

1. Огородов Н.В., Кожемяка Н.Н., Важеевская А.А., Огородова А.С. (1972) Вулканы и четвертичный вулканизм Срединного хребта Камчатки. Москва: Наука, 1972. 192 с.

2. Ballhaus C., Berry R. F., et al. (1991) “High pressure experimental calibration of the olivine-orthopyroxene-spinel oxygen geobarometer: implications for the oxidation state of the upper mantle.” Contributions to Mineralogy and Petrology 107: 27-40, 1991.

3. Плечов П.Ю., Данюшевский Л.В. "PETROLOG III. Моделирование равновесной и фракционной кристаллизации"//Материалы ЭСМПГ-2006,   Электронный научно-информационный журнал <Вестник Отделения наук о Земле РАН> 1(24),2006