Geochemical Characteristics of Melts from the Eastern Volcanic Belt and Sredinny Range of Kamchatka: Analysis of Evidence from Melt Inclusions
- 作者: Tolstykh M.L.1, Naumov V.B.1, Girnis A.V.2
-
隶属关系:
- Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of RAS
- Institute of Geology of Ore Deposites, Petrogaphy, Mineralogy and Geochemistry RAS
- 期: 编号 3 (2024)
- 页面: 27-43
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0203-0306/article/view/271309
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0203030624030031
- EDN: https://elibrary.ru/JQNESQ
- ID: 271309
如何引用文章
详细
We analyzed sets of published data on the composition of glasses from melt inclusions in minerals of volcanics from the Eastern Volcanic Front and Sredinny Range of Kamchatka. A significant difference was revealed between the distribution of silica contents in the rocks and melts: intermediate compositions are most common among the rocks, whereas the melts are dominantly silicic. The distribution of major and trace element was analyzed. It was shown that the contents of some elements are environment-specific (e. g., Nb and light REE). We distinguished trace element ratios in melts that most strongly correlate with the geodynamic setting.
全文:

作者简介
M. Tolstykh
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of RAS
编辑信件的主要联系方式.
Email: mashtol@mail.ru
俄罗斯联邦, Kosygina str., 19, Moscow, 119334
V. Naumov
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of RAS
Email: naumov@geokhi.ru
俄罗斯联邦, Kosygina str., 19, Moscow, 119334
A. Girnis
Institute of Geology of Ore Deposites, Petrogaphy, Mineralogy and Geochemistry RAS
Email: girnis@igem.ru
俄罗斯联邦, Staromonetny lane, 35, Moscow, 119017
参考
- Авдейко Г.П., Палуева А.А., Хлебородова О.А. Геодинамические условия вулканизма и магмообразования Курило-Камчатской островодужной системы // Петрология. 2006. Т. 14. № 3. С. 248–265. https://doi.org/10.1134/S0869591106030027
- Балеста С.Т., Зубин М.И., Аносов Г.И., Утнасин В.К. Строение земной коры Камчатки по данным ГСЗ и гравиметрии // Вулканизм островных дуг. М.: Наука, 1977. С. 35–42.
- Волынец А.О., Певзнер М.М., Толстых М.Л., Бабанский А.Д. Вулканизм южной части Срединного хребта Камчатки в неоген-четвертичное время // Геология и геофизика. 2018. Т. 59. № 12. С. 1979–1996. https://doi.org/10.15372/GiG20181204
- Давыдова М.Ю., Мартынов Ю.А., Перепелов А.Б. Эволюция изотопно-геохимического состава пород вулкана Уксичан (Срединный хребет, Камчатка) и ее связь с неогеновой тектонической перестройкой Камчатки // Петрология. 2019. Т. 27. № 3. С. 282–307. https://doi.org/10.31857/S0869-5903273283-308
- Добрецов Н.Л., Кулаков И.Ю., Литасов Ю.Д. Пути миграции магм и флюидов и составы вулканических пород Камчатки // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 12. С. 1633–1661.
- Колосков А.В., Флеров Г.Б., Перепелов А.Б., Мелекесцев И.В., Пузанков М.Ю., Этапы эволюции и петрология Кекукнайского вулканического массива как отражение магматизма тыловой зоны Курило-Камчатской островодужной системы. Часть 2. Петролого-минералогические особенности, модель петрогенезиса // Вулканология и сейсмология. 2013. № 2. С. 63–89. https://doi.org/10.1134/S0742046313020048
- Кулаков И.Ю., Добрецов Н.Л., Бушенкова Н.А., Яковлев А.В. Форма слэбов в зонах субдукции под Курило-Камчатской и Алеутской дугами по данным региональной томографии // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 6. С. 830–851.
- Наумов В.Б., Коваленко В.И., Бабанский А.Д., Толстых М.Л. Генезис андезитов по данным изучения расплавных включений в минералах // Петрология. 1997. Т. 5. № 6. С. 654–665.
- Наумов В.Б., Коваленко В.И., Дорофеева В.А., Гирнис А.В., Ярмолюк В.В. Средний состав магматических расплавов главных геодинамических обстановок по данным изучения расплавных включений в минералах и закалочных стекол пород // Геохимия. 2010. № 12. С. 1266–1288.
- Наумов В.Б., Дорофеева В.А., Гирнис А.В. Среднее содержание летучих компонентов, петрогенных и редких элементов в магматических расплавах главных геодинамических обстановок Земли. I. Расплавы основного состава // Геохимия. 2017. № 7. С. 618–643. https://doi.org/10.31857/S0016-7525644395-408
- Наумов В.Б., Дорофеева В.А., Гирнис А.В. Среднее содержание летучих компонентов, петрогенных и редких элементов в магматических расплавах главных геодинамических обстановок Земли. II. Расплавы кислого состава // Геохимия. 2019. Т. 64. № 4. С. 395–408. https://doi.org/10.31857/S0016752520030097
- Наумов В.Б., Дорофеева В.А., Толстых М.Л., Гирнис А.В., Ярмолюк В.В. Состав и геохимическая специфика магматических расплавов Камчатки по данным анализа расплавных включений и закалочных стекол пород // Геохимия. 2020. Т. 65. № 3. С. 237–257. https://doi.org/10.31857/S0016752520030097
- Наумов В.Б., Дорофеева В.А., Гирнис А.В. Петрогенные, летучие, рудные и редкие элементы в магматических расплавах главных геодинамических обстановок земли. I. Средние содержания // Геохимия. 2023. Т. 68. № 12. С. 1253–1272.
- Перепелов А.Б., Татарников С.А., Павлова Л.А. и др. NEB-адакитовый вулканизм Центральной Камчатской Депрессии // Материалы IV Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии: Вулканизм и геодинамика. Петропавловск-Камчатский, 2009. Т. 2. С. 449–454.
- Сухов А.Н., Цуканов Н.В., Беляцкий Б.В. и др. Вулканические комплексы тыловой части позднемеловой Ачайваям-Валагинской палеодуги в структуре хребта Кумроч (Восточная Камчатка) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. № 4. Вып. 32. С. 20–34.
- Толстых М.Л., Наумов В.Б., Певзнер М.М., Бабанский А.Д., Кононкова Н.Н. Геохимические особенности магм крупнейшего голоценового извержения вулкана Хангар (Срединный хребет Камчатки) по данным изучения расплавных включений // Геохимия. 2021. Т. 66. № 2. С. 127–144. https://doi.org/10.31857/S0016752521020084
- Цуканов Н.В. Тектоно-стратиграфические террейны Камчатской активной окраины: строение, состав и геодинамика // Вулканизм и связанные с ним процессы: материалы XXV ежегодной научной конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2015. C. 97–103. https://doi.org/10.31857/S2686739720060213
- Шапиро М.Н., Ландер А.В. Формирование современной зоны субдукции на Камчатке // Очерки геофизических исследований “К 75-летию Объединенного Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта”. М.: ОИФЗ РАН, 2003. С. 338–344.
- Шапиро М.Н., Соловьев А.В. Кинематическая модель формирования Олюторско-Камчатской складчатой области // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 8. С. 863–880.
- Avdeiko G.P., Savelyev D.P., Palueva A.A., Popruzhenko S.V. Evolution of the Kurile-Kamchatkan Volcanic Arcs and Dynamics of the Kamchatka-Aleutian Junction // Volcanism and Subduction: The Kamchatka Region. Geophysical Monograph Series. 2007. V. 172. https://doi.org/10.1029/172GM04
- Baier J., Audétat A., Keppler H. The origin of the negative niobium tantalum anomaly in subduction zone magmas // Earth and Planet. Sci. Lett. 2008. V. 267. № 1–2. С. 290–300. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.11.032
- Borisova A.Y. Silica-rich melts originating from melthydrated peridotite reactions // Lithos. 2022. V. 434. P. 106926. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2022.106926
- Bouvier A.S., Rose-Koga E.F., Nichols A.R.L., Le Lay C. Melt inclusion formation during olivine recrystallization: evidence from stable isotopes // Earth Planet. Sci. Lett. 2022. V. 592. Art. № 117638.
- Brophy J.G. A study of rare earth element (REE) – SiO2 variations in felsic liquids generated by basalt fractionation and amphibolite melting: a potential test for discriminating between the two different // Contrib. Mineral. Petrol. 2008. V. 156. P. 337–357.
- Churikova T., Dorendorf, F., Wörner G. Sources and Fluids in the Mantle Wedge below Kamchatka, Evidence from Across-arc Geochemical Variation // Journal of Petrology. 2001. V. 42. № 8. P. 1567–1593. https://doi.org/10.1093/petrology/42.8.1567
- Churikova T., Wörner G., Mironov N., Kronz A. Volatile (S, Cl and F) and fluid mobile trace element compositions in melt inclusions: Implications for variable fluid sources across the Kamchatka arc // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2007. V. 154. P. 217–239. https://doi.org/10.1007/s00410-007-0190-z
- Danyushevsky L.V., Eggins S.M., Falloon T.J., Christie D.M. H2O abundance in depleted to moderately enriched mid-ocean ridge magmas. Part I: Incompatible behaviour, implications for mantle storage, and origin of regional variations // Journal of Petrology. 2000. V. 41. № 8. P. 1329–1364. https://doi.org/10.1093/petrology/41.8.1329
- Danyushevsky L., Plechov P. Petrolog3: Integrated software for modeling crystallization processes // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2011. V. 12. № 7. https://doi.org/10.1029/2011GC003516
- Duggen S., Portnyagin M., Baker J., Ulfbeck D., Hoernle K., Garbe-Schönberg D., Grassineau N. Drastic shift in lava geochemistry in the volcanic-front to rear-arc region of the Southern Kamchatkan subduction zone: Evidence for the transition from slab surface dehydration to sediment melting // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. № 2. P. 452–480. https://doi.org/10.1016/j.gca.2006.09.018
- Ford C.E., Russell D.G., Craven J.A., Fisk M.R. Olivine-liquid equilibria: temperature, pressure and composition dependence of the crystal/liquid cation partition coefficients for Mg, Fe2+, Ca and Mn // Journal of Petrology. 1983. V. 24. № 3. P. 256–266. https://doi.org/10.1093/petrology/24.3.256
- Gavrilenko M., Herzberg C., Vidito C., Carr M.J., Tenner T., Ozerov A. A Calcium-in-Olivine Geohygrometer and its Application to Subduction Zone Magmatism // Journal of Petrology. 2016. V. 57. P. 1811–1832. https://doi.org/10.1093/petrology/egw062
- Gorbatov A., Fukao Y., Widiyantoro S., Gordeev E. Seismic evidence for a mantle plume oceanwards of the Kamchatka-Aleutian trench junction // Geophysical Journal International. 2001. V. 146. № 2. P. 282–288. https://doi.org/10.1046/j.0956-540x.2001.01439.x
- Jochum K.P., Dingwell D.B., Rocholl A., Stoll B., Hofmann A.W., Becker S., Zimmer M. The preparation and preliminary characterisation of eight geological MPI-DING reference glasses for in-situ microanalysis // Geostandards Newsletter. 2000. V. 24. № 1. P. 87–133. https://doi.org/10.1111/j.1751-908X.2000.tb00590.x
- Jochum K.P., Stoll B., Herwig K., Willbold M., Hofmann A.W., Amini M., Woodhead J.D., MPI-DING glasses: New geological reference materials for in situ Pb isotope analysis. MPI-DING reference glasses for in situ microanalysis: New reference values for element concentrations and isotope ratios // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2006. V. 7. № 2. https://doi.org/10.1029/2005GC001060
- Halsor S.P. Large glass inclusions in plagioclase phenocrysts and their bearing on the origin of mixed andesitic lavas at Toliman Volcano, Guatemala // Bulletin of Volcanology. 1989. V. 51. P. 271–280. https://doi.org/10.1007/BF01073516
- Hodge K.F., Jellinek A.M. The influence of magma mixing on the composition of andesite magmas and silicic eruption style // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. № 13. P. e2020GL087439. https://doi.org/10.1038/ncomms6607
- Humphreys M.C.S., Blundy J.D., Sparks R.S.J. Magma Evolution and Open-System Processes at Shiveluch Volcano: Insights from Phenocryst Zonin // J. Petrol. 2006. V. 47. Р. 2303–2334. https://doi.org/10.1093/petrology/egl045
- Humphreys M.C.S, Blundy J.D., Sparks R.S.J. Shallow-level decompression crystallisation and deep magma supply at Shiveluch Volcano // Contrib. Mineral. Petrol. 2008. V. 155. P. 45–61. https://doi.org/10.1007/s00410-007-223-7
- Kamenetsky V.S., Everard J.L., Crawford A.J., Varne R., Eggins S.M., Lanyon R. Enriched end-member of primitive MORB melts: petrology and geochemistry of glasses from Macquarie Island (SW Pacific) // Journal of Petrology. 2000. V. 41. № 3. P. 411–430. https://doi.org/10.1093/petrology/41.3.411
- Kepezhinskas P., Mcdermott F., Defant M.J., Hochstaedter A., Drummond M.S., Hawkesworth C.J., Koloskov A.V., Maury R.C., Bellon H. Trace element and Sr-Nd-Pb isotopic constraints on a three-component model of Kamchatka Arc petrogenesis // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. № 3. P. 577–600. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(96)00349-3
- Klein M., Stosch H.G., Seck H.A. Partitioning of high field-strength and rare-earth elements between amphibole and quartz-dioritic to tonalitic melts: an experimental study // Chemical Geology. 1997. V. 138. № 3–4. С. 257–271.
- Lowe D.J., Pearce N.J., Jorgensen M.A., Kuehn S.C., Tryon C.A., Hayward C.L. Correlating tephras and cryptotephras using glass compositional analyses and numerical and statistical methods: review and evaluation // Quaternary Science Reviews. 2017. V. 175. P. 1–44. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2017.08.003
- Moore G., Carmichael I.S.E. The hydrous phase equilibria (to 3 kbar) of an andesite and basaltic andesite from western Mexico: constraints on water content and conditions of phenocryst growth // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1998. V. 130. № 3. P. 304–319. https://doi.org/10.1007/s004100050367
- Nekrylov N.A., Popov D.V., Plechov P.Y., Shcherbakov V.D., Danyushevsky L.V. The origin of the Late Quaternary back-arc volcanic rocks from Kamchatka: evidence from the compositions of olivine and olivine-hosted melt inclusions // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2021. V. 176. № 9. P. 71. https://doi.org/10.1007/s00410-021-01830-4
- Nekrylov N.A., Popov D.V., Plechov P.Y., Shcherbakov V.D., Danyushevsky L.V., Dirksen O.V. Garnet-pyroxenite-derived end-member magma type in Kamchatka: evidence from composition of olivine and olivine-hosted melt inclusions in Holocene rocks of Kekuknaisky volcano // Petrology. 2018. V. 26. P. 329–350. https://doi.org/10.1134/S0869591118040057
- Nielsen C.H., Sigurdsson H. Quantitative methods for electron microprobe analysis of sodium in natural and synthetic glasses // American Mineralogist. 1981. V. 66. № 5–6. P. 547–552.
- Pal T., Mitra S.K., Sengupta S., Katari A., Bandopadhyay P.C., Bhattacharya A.K. Dacite-andesites of Narcondam volcano in the Andaman Sea ‒ an imprint of magma mixing in the inner arc of the Andaman-Java subduction system // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2007. V. 168. № 1–4. P. 93–113. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2007.08.005
- Park J., Levin V., Brandon M. et al. A dangling slab, amplified arc volcanism, mantle flow and seismic anisotropy in the Kamchatka plate corner, in Plate Boundary Zones. Washington, D.C.: American Geophysical Union, Geodynamics Series, 2002. V. 30. P. 295–324.
- Pearce J.A., Baker P.E., Harvey P.K., Luff I.W. Geochemical evidence for subduction fluxes, mantle melting and fractional crystallization beneath the South Sandwich Island Arc // Journal of Petrology. 1995. V. 36. P. 1073–1109. https://doi.org/10.1093/petrology/36.4.1073
- Pearce J.A., Stern R.J. Origin of back-arc basin magmas: Trace element and isotope perspectives // Back-arc spreading systems: Geological, biological, chemical, and physical interactions. 2006. V. 166. P. 63–86. https://doi.org/10.1029/166GM06
- Plank T. Constraints from thorium/lanthanum on sediment recycling at subduction zones and the evolution of the continents // Journal of Petrology. 2005. V. 46. № 5. P. 921–944. https://doi.org/10.1093/petrology/egi005
- Portnyagin M., Bindeman I., Hoernle K., Hauff F. Geochemistry of Primitive Lavas of the Central Kamchatka Depression: Magma Generation at the Edge of the Pacific Plate // Geophysical Monograph Series. 2007. P. 41.
- Portnyagin M., Hoernle K., Plechov P., Mironov N., Khubunaya S. Constraints on mantle melting and composition and nature of slab components in volcanic arcs from volatiles (H2O, S, Cl, F) and trace elements in melt inclusions from the Kamchatka Arc // Earth and Planet. Sci. Lett. 2007. V. 255. № 1–2. P. 53–69. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.12.005
- Portnyagin M., Saveliev D., Hoerle K., Hauff F., Gabre-Schönberg D. Mid-Cretaceous Hawaiian tholeites preserved in Kamchtka // Geology. 2008. V. 36. № 11. P. 903–906. https://doi.org/10.1130/G25171A.1
- Portnyagin M., Mironov N., Botcharnikov R., Gurenko A., Almeev R.R., Luft C., Holtz F. Dehydration of melt inclusions in olivine and implications for the origin of silica-undersaturated island-arc melts // Earth and Planet. Sci. Lett. 2019. V. 517. P. 95–105. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.04.021
- Portnyagin M.V., Ponomareva V.V., Zelenin E.A., Bazanova L.I., Pevzner M.M., Plechova A.A., Garbe-Schönberg D. TephraKam: geochemical database of glass compositions in tephra and welded tuffs from the Kamchatka volcanic arc (northwestern Pacific) // Earth System Science Data. 2020. V. 12. № 1. P. 469–486. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.23627.13606
- Saal A.E., Hart S.R., Shimizu N., Hauri E.H., Layne G.D. Pb isotopic variability in melt inclusions from oceanic island basalts, Polynesia // Science. 1998. V. 282. P. 1481–1484.
- Schiano P., Clocchiatti R., Shimizu N., Maury R.Cc., Jochum K.P., Hofmann A.W. Hydrous, silica-rich melts in the sub-arc mantle and their relationship with erupted arc lavas // Nature. 1995. V. 377. № 6550. P. 595–600.
- Sobolev A.V., Chaussidon M. H2O concentrations in primary melts from supra-subduction zones and mid-ocean ridges: implications for H2O storage and recycling in the mantle // Earth and Planet. Sci. Lett. 1996. V. 137. № 1–4. P. 45–55. https://doi.org/10.1016/0012-821X(95)00203-O
- Straub S., Gomez-Tuena A., Stuart F., Zellmer G., Espinasa-Perena R., Cai Y., Iizuka Y. Formation of hybrid arc andesites beneath thick continental crust // Earth and Planet. Sci. Lett. 2011. V. 303. P. 337–347. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2020.12.005
- Sisson T.W. Pyroxene-high silica rhyolite trace element partition coefficients measured by ion microprobe // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. V. 55. № 6. P. 1575–1585. https://doi.org/10.1016/0016-7037(91)90129-S
- Sisson T.W. Hornblende-melt trace-element partitioning measured by ion microprobe // Chemical Geology. 1994. V. 117. № 1–4. P. 331–344. https://doi.org/10.1016/0009-2541(94)90135-X
- Sun S-S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Geological Society. London. Special Publications. 1989. V. 42. P. 313–345. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.1989.042.01.19
- Volynets A.O., Churikova T.G., Wörner G., Gordeychik B.N., Layer P. Mafic Late Miocene–Quaternary volcanic rocks in the Kamchatka back arc region: implications for subduction geometry and slab history at the Pacific–Aleutian junction // Contributions to mineralogy and petrology. 2010. V. 159. P. 659–687. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2018.12.004
- Volynets A., Nekrylov N., Gorbach N., Ovsyannikov G., Tolstykh M., Pevzner M., Scherbakov V. et al. Geochemical diversity and tectonic relationships in monogenetic volcanic fields: A case study of the Sredinny Range, Kamchatka // Lithos. 2023. V. 456. P. 107306. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107306
- Yogodzinski G.M., Lees J.M., Churikova T.G., Dorendorf F., Wöerner G., Volynets O.N. Geochemical evidence for the melting of subducting oceanic lithosphere at plate edges // Nature. 2001. V. 409. № 6819. P. 500–504. https://doi.org/10.1038/35054039
- Zhao L., Liu X., Zhao D., Wang X., Qiao Q. Mapping the Pacific slab edge and toroidal mantle flow beneath Kamchatka // Journal of Geophys. Res.: Solid Earth. 2021. V. 126. № 11. https://doi.org/10.1029/2021JB022518
补充文件
