22786 (Современная тектоническая структура Курило-Камчатского региона и условия магмообразования)

Современная тектоническая структура Курило-Камчатского региона и условия магмообразования

Авдейко Г.П., Попруженко С.В., Палуева А.А.

Современная структура Курило-Камчатского региона определяется тремя кайнозойскими разновозрастными островодужными системами, которые маркируются разновозрастными вулканическими дугами, сформированными над зонами субдукции. Современная Курило-Камчатская островодужная система состоит из трех сегментов: Восточно-Камчатского, Южно-Камчатского и Курильского с разной историей тектонического развития и разным геодинамическим режимом.

Условия генерации магмы в первую очередь зависят от структуры поля температур, определяемой геодинамическим режимом и параметрами зоны субдукции. В Курильском сегменте, начиная с миоцена, сформировался стационарный режим субдукции с магмогенерацией в пределах мантийного клина и типичной петрогеохимической зональностью. В Восточной Камчатке субдукция началась в плиоцене, и здесь, наряду с плавлением мантийного клина, возможно частичное плавление фронтальной части поддвигаемой плиты и, соответственно, появление вулканических пород с бонинитовой тенденцией. Структура Южной Камчатки определяется дискордантным наложением современной островодужной системы на миоценувую Срединно-Камчатско-Курильскую систему с нарушением петрогеохимической зональности. Особые геодинамический и тепловой режим и, соответственно, условия магмообразования создаются на стыке Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. По-видимому, с этим связано появление вулканических пород внутриплитного геохимического типа.

Введение

Несмотря на длительную историю изучения вулканизма островных дуг (ОД) и активных континентальных окраин, геотектонических позиций и глубинного строения зон его проявления некоторые аспекты генерации магм и формирования геохимических характеристик магматических пород все еще остаются в значительной мере неопределенными. Ключевыми являются два основных вопроса: 1 - что является источником магм (т.е. что плавится и где)? и 2 - что является причиной плавления - дополнительное тепло, снижение давления или привнос флюидов?

Со времени появления модели субдукции сформировались две основные точки зрения на процесс генерации магм в ОД и активных континентальных окраинах, обзор дан в ряде публикаций [2,57]. Согласно одной, плавление происходит за счет дополнительного тепла трения. При этом одни авторы [54,58,71,72] полагают, что плавится субдуцируемая океаническая кора, другие [63,76] - что плавится как океаническая кора, так и основание мантийного клина. По другой точке зрения плавится вещество мантийного клина над субдуцируемой пластиной под воздействием воды и других летучих компонентов, отделяющихся от поддвигаемой океанической коры [37,56,67,73,82 и др.].

В последнее время появились данные о том, что, хотя основной объем магм формируется в пределах мантийного клина под воздействием летучих компонентов, т.е. в соответствии со второй точкой зрения, но в некоторых условиях наблюдается частичное плавление океанической коры с формированием своеобразных известково-щелочных пород, объединяемых под термином "адакиты", которые, по сравнению с типичными ОД-породами, характеризуются высокими концентрациями Mg, Sr, K, низкими концентрациями тяжелых РЗЭ, Ni, Cr, соответственно, высокими отношениями La/Yb, Sr/Y и низкими FeO/MgO, K/La, Ba/La и некоторыми другими параметрами [78,93,94].

Курило-Камчатская островодужная система является хорошим регионом для реконструкции условий генерации магмы. Здесь наблюдается большое разнообразие островодужных серий вулканических пород, включая породы с адакитовой тенденцией. Камчатка является единственным в мире районом, где в Срединном хребте имеется современный вулканический пояс или вулканическая дуга с глубиной до современной сейсмофокальной зоны более 300 км [6,83], тогда как в пределах других островных дуг и активных континентальных окраин максимальная глубина до сейсмофокальной зоны под тыловыми вулканами не превышает 200-220 км. И, наконец, на Камчатке, наряду с типичными островодужными сериями, довольно широко распространены породы внутриплитного геохимического типа [89].

Структурно-тектонические обстановки проявления вулканизма и геодинамические параметры зон субдукции также различны вдоль и вкрест Курило-Камчатской ОД-системы. Здесь имеются участки с прямой и косой субдукцией, участки поддвигания Тихоокеанской плиты с нормальной и утолщенной океанической корой, а также зона стыка Курило-Камчатской и Алеутской дуг с трансформной границей между Тихоокеанской и Североамериканской плитами [4,6].

Настоящая статья представляет собой попытку систематизации пространственно-структурных и петролого-геохимических данных по соотношению тектонического развития и вулканизма Курило-Камчатской островодужной системы с целью реконструкции условий магмообразования и петролого-геохимической специфики вулканических пород.

Вулканические дуги Курило-Камчатской системы

Рис. 1

Под вулканической дугой понимается часть ОД или активной континентальной окраины, где проявляется вулканизм над зоной субдукции. Вкрест простирания ОД и активных окраин континентов выделяются следующие субпараллельные структурные элементы: глубоководный желоб, фронтальная (невулканическая, тектоническая) дуга, междуговой прогиб, вулканическая дуга, задуговой прогиб. Вулканическая дуга может быть представлена двумя вулканическими зонами и зоной ослабления вулканической активности между ними [1,53,83]. Одним из основных элементов вулканической дуги является вулканический фронт, который представляет собой линию, соединяющую вулканические центры, наиболее близко расположенные к глубоководному желобу. В генетическом смысле это линия, за которой создаются условия для плавления либо в пределах мантийного клина [2,82], либо в верхней части поддвигаемой плиты [62,71].

В пределах Курило-Камчатской ОД-системы распространены, по крайней мере, три разновозрастных вулканических комплекса надсубдукционного типа (Рис.1). На Западной Камчатке это палеоценовые покровные и субвулканические фации пород от андезибазальтов до дацитов, обнажающиеся в междуречье Коль - Большая Воровская (черепановская толща), и группы эоценовых вулканических и субвулканических комплексов формационного ряда от базальтов до риолитов, протягивающихся по западному побережью и Парапольскому долу [25].

В пределах Срединного хребта Камчатки и на Юго-Восточной Камчатке широко распространены верхнеолигоцен-миоценовые эффузивно-экструзивные и пирокластические комплексы пород от базальтов до дацитов и риодацитов с преобладанием андезитов и андезидацитов. Среди них встречаются породы как нормального, так и щелочного ряда - трахибазальты, трахиандезиты и др. Подробная геологическая и петрогеохимическая характеристика этих пород приведена в работах В.С.Шеймовича, М.Г.Патоки [22,51] и Н.В.Огородова с соавторами [21]. Аналогичные вулканические породы ОД-типа распространены и на островах Большой Курильской гряды [35,39,44].

В этих же районах, а также на Восточной Камчатке распространены и плиоцен-четвертичные вулканогенные ОД-комплексы (см. рис.1). Состав пород меняется от базальтов до риолитов, однако, соотношения пород разного состава в Курильском и Камчатском сегментах системы различны [13,31, 36,44]. На Курилах, в целом, преобладают андезибазальты и андезиты (60-70%), тогда как на Камчатке наиболее распространены базальты и основные андезибазальты (~50%) при более высокой доле кислых пород по сравнению с Курилами [13,32].

Как уже отмечалось выше, необычным является то, что в составе позднекайнозойских вулканических пород Камчатки встречаются лавы внутриплитного геохимического типа, выявленные и изученные О.Н.Волынцом [89]. Среди внутриплитных вулканических серий Камчатки установлены K-Na щелочнобазальтовая (позднемиоценового возраста на Восточной Камчатке); K-Na щелочнооливинбазальтовая (плиоценового возраста на Восточной Камчатке и позднеплиоцен-голоценового возраста в Срединном хребте - в виде зоны ареального вулканизма); K-Na базальт-комендитовая (плиоцен-раннеплейстоценового возраста в Срединном хребте); К-щелочнобазальтовая и шошонит-латитовая (позднемиоцен-плиоценового возраста на Западной Камчатке).

В пределах Курил и Южной Камчатки отчетливо проявлены две вулканические зоны - фронтальная и тыловая, параллельные глубоководному желобу, с зоной ослабления вулканической активности между ними [1,53]. В пределах вулканической дуги Восточной Камчатки вулканический пояс Центральной Камчатской депрессии является тыловой зоной по отношению к вулканитам Восточного хребта, которые относятся к фронтальной зоне. Во всяком случае, для этих зон в целом характерны такие же закономерности петрогеохимической зональности, как и для Курил и Южной Камчатки [12,13,21,89].

Принципиальным с точки зрения условий магмообразования является вопрос о природе миоцен-четвертичного вулканического пояса Срединного хребта. Одни авторы считают его отдельной вулканической дугой, связанной с самостоятельной зоной субдукции, которая в настоящее время прекратила свое существование, так как оказалась заблокированной в результате причленения к Камчатке Восточных полуостровов [4,5,27,29,41]. В ней так же, как и на Курилах, Южной и Восточной Камчатке выделяются две вулканические зоны. По мнению других авторов, вулканический пояс Срединного хребта связан с современной Курило-Камчатской зоной субдукции и является третьей вулканической зоной, тыловой по отношению к Восточной вулканической зоне и вулканической зоне Центральной Камчатской депрессии [38,83,85].

Петрогеохимическая зональность

В островодужных вулканических ассоциациях Курил, Южной и Восточной Камчатки хорошо проявлена поперечная петрогеохимическая зональность и значительно менее отчетливо - продольная зональность. В целом, в составе островодужных ассоциаций вулканических пород Курило-Камчатской системы по уровню концентрации К₂О выделяются лавы низкокалиевой, умереннокалиевой, высококалиевой и шошонит-латитовой серий, а по общему содержанию щелочей - породы нормального и субщелочного ряда. В пределах каждой по К-щелочности серии по критерию Мияширо [75] выделяются толеитовые и известково-щелочные разности [89]. От фронта к тылу наблюдается последовательная смена пород от низкокалиевой до высококалиевой серии, иногда до шошонит-латитовой серии, а по критерию Мияширо - от толеитовых до известково-щелочных разностей.

От фронта к тылу уменьшается также степень дифференцированности вулканитов и меняется состав минералов. Лавы фронтальных вулканических зон характеризуются, в основном, двупироксеновыми ассоциациями фенокристаллов, тогда как в базальтах тыловых зон вкрапленники ортопироксена редки, а в лавах среднего и кислого составов и иногда даже в базальтах распространены вкрапленники амфибола и биотита. Одноименные минералы разных зон отличаются и по химическому составу [11,34,36,89].

Поперечная геохимическая зональность выражается в повышении от фронтальных к тыловым зонам концентраций в лавах большинства некогерентных редких элементов (K, Rb, Li, Be, Ba, Sr, U, Th, La, Ce, Nb, Ta, Zr, W, Mo) , величин K/Na, Rb/Sr, La/Yb, Sr/Ca, Th/U отношений и содержаний летучих компонентов - H₂O, F, Cl, S. В этом же направлении уменьшаются содержания в лавах Fe, V, величины Fe/Fe+Mg и Fe²⁺/Fe³⁺ отношений [36,88]. Поперечная петрогеохимическая зональность нарушается в аномальных зонах, в частности, в Малко-Петропавловской зоне поперечных дислокаций на Камчатке [8] и в проливе Буссоль на Курилах [36]. В лавах Курильского сегмента установлена хорошо выраженная поперечная изотопная зональность: величины ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd заметно уменьшаются от фронта к тылу. На Южной Камчатке отмечается аналогичная, но менее четко выраженная Sr-изотопная зональность, тогда как зональность по изотопам неодима не отмечается [26].

Поперечная геохимическая зональность, аналогичная зональности Курил и Южной Камчатки, проявлена и в четвертичных вулканитах ОД-типа Срединного хребта при более высокой общей щелочности и более высоком уровне концентраций некогерентных редких элементов [12,13,18,20,35]. Здесь, так же как и на Курилах и Южной Камчатке наблюдается понижение значений изотопов стронция от фронта к тылу при отсутствии заметной Nd-изотопной зональности [26].

Гравиметрическая характеристика вулканических дуг

Рис. 2