Природа геохимической зональности вкрест простирания Камчатской островной дуги

Природа геохимической зональности вкрест простирания Камчатской островной дуги

Природа геохимической зональности вкрест простирания Камчатской островной дуги

Чурикова Т., Дорендорф Ф., Вёрнер Г.,  Институт вулканической геологии и геохимии ДВО РАН, Россия, Геохимический институт Гёттингена, Германия

Макро- и микроэлементы, а так же изотопы Sr, Nd, Pb, U, Th и O в породах и S, Cl и F в расплавных включениях были проанализированы в лавах северного пересечения Камчатки, которое простирается на 220 км вкрест дуги от во фронтальной зоны (ВВФ) через Центральную Камчатскую депрессию (ЦКД) к Срединному хребту (СХ). Было опробовано 9 верхнеплейстоценовых и голоценовых стратовулканов и 2 больших лавовых поля расположенных в 110 до 400 км над поверхностью субдуцируемой плиты, что позволило охарактеризовать пространственные вариации пород, а так же относительное количество и состав субдукционного флюида, вовлеченного в магмогенезис.

Типичные Камчатские островодужные базальты, нормализованные к 6% MgO обнаруживают обогащение щелочами, LILE, LREE и HFSE от фронта к тылу дуги. При этом Ba/Zr- и Ce/Pb-отношения примерно постоянны вкрест дуги, предполагая близкую флюидную добавку в мантийные источники пород. La/Yb и Nb/Zr возрастают от ВВФ к ЦКД и далее к СХ. Породы ЦКД обнаруживают широкий спектр в 87Sr/86Sr отношении, которое варьирует от 0,70334 to 0,70366, а также наивысшие, но постоянные изотопные отношения Nd, что коррелирует с наивысшими по пересечению U/Th и 18О значениями. Изотопы Pb близки к источнику MORB, чуть уменьшаясь от ВВФ к СХ. Все это предполагает, что мантийный источник под ВВФ и ЦКД близок к N-MORB, однако обогащен (добавкой источника типа OIB) под СХ. Степень плавления, оцененная по отношению CaO6.0 и Na2O6.0, уменьшается от ВВФ к ЦКД и сохраняется постоянной в ЦКД и СХ.

S и Cl в Камчатских лавах в основном контролируются процессами дегазации. Обогащение ВВФ и ЦКД по Cl и S указывает на большую добавку флюида в этих зонах. Причиной высоких F и F/Cl в расплавных включениях СХ может быть мантийное плавление обогащенных фтором фаз или добавка глубинных флюидов.

Введение

Плавление мантийного вещества под островными дугами происходит при взаимодействии мантийного клина с водонасыщенными флюидами, отделяющимися от субдуцируемой океанической плиты [6,7 и др.]. Такие флюиды обогащены крупными литофильными элементами (LILE, в т.ч. Cs, Rb, K, Ba, Pb) и легкими редкоземельными элементами (LREE), но обеднены высокозарядными (HFSE, в т.ч. Nb, Ta, Zr, Hf) и тяжелыми редкоземельными элементами (HREE). Наиболее спорными вопросами сегодня являются состав мантийного клина, состав и количество субдукционного флюида, а так же природа его взаимодействия с мантией.

В ряде работ 19,22] c целью учесть вклад флюидной компоненты в мантийный источник, использовались содержания несовместимых редких элементов в примитивных островодужных вулканических породах. Однако, проблемы в этих расчетах связаны с наличием множества дополнительных факторов, влияющих на геохимический состав породы. Важнейшими из них являются: состав мантийного источника, различная степень его плавления, вклад осадочного материала субдуцируемой плиты, субконтинентальной литосферы или коровых пород. Изучение геохимических вариаций вкрест дуги дает возможность определить некоторые из этих факторов. Такие работы были осуществлены для Японской [26] и Курильской [1] островных дуг. Предварительные попытки изучения Камчатской дуги [3,15,29] принесли довольно противоречивые результаты, обусловленные в основном ограниченным количеством данных.

Камчатский полуостров, формирующий северную часть Курило-Камчатской дуги, является одним из наиболее вулканически активных регионов земли и включает более 200 четвертичных вулканов, 29 из которых активны по сей день. Исключительно высокая магмопродуктивность Камчатской дуги, наличие множества молодых и исторических извержений, а так же необычно высокий процент магм основного состава, практически не загрязненных осадочным материалом [5,17], позволяет исследовать относительно простые системы. Наиболее интенсивно голоценовая вулканическая активность Камчатки проявлена на Ключевской группе вулканов, расположенной в северной части Цетрально-Камчатской депрессии.

С целью изучения изменения геохимических характеристик пород вкрест простирания дуги и установления возможных причин этого разнообразия, нами была отобрана представительная коллекция образцов вулканических пород вдоль восточно-западного пересечения полуострова на широте Ключевской группы (рис.1 ), которая анализировалась на макро- и микро элементы, изотопы Sr, Nd, Pb, Th, U и O, а также содержания летучих в их расплавных включениях.

Геологическое положение изучаемых объектов и отбор образцов.