Новые данные по составу пород и минералов вулканов Харчинский и Заречный (Центральная Камчатская депрессия): гетерогенность мантийного источника и особенности эволюции магм в коровых условиях
- Авторы: Горбач Н.В.1, Некрылов Н.А.1,2, Портнягин М.В.3, Хернле К.3,4
-
Учреждения:
- Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
- Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана
- GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel
- Institute of Geosciences, Kiel University
- Выпуск: Том 31, № 3 (2023)
- Страницы: 281-299
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-5903/article/view/137149
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590323030056
- EDN: https://elibrary.ru/CDEEOS
- ID: 137149
Цитировать
Аннотация
Вулканы Харчинский, Заречный и зона моногенных конусов Харчинского озера – уникальные центры излияния магнезиальных лав в области субдукции северного края Тихоокенской плиты под Камчатку. В статье приведены новые геохимические данные по составу пород (55 образцов) и минералов (более 900 анализов оливина, пироксенов, амфибола и плагиоклаза) этих центров, проанализированных методами РФА и LA-ICP-MS (породы) и электронного микрозонда (минералы). Большая часть изученных пород представлена магнезиальными (Mg# = 60–75 мол. %) умеренно-калиевыми базальтами и андезибазальтами. Умеренно-магнезиальные (Mg# = 52–59 мол. %) андезибазальты присутствуют среди моногенных конусов Харчинского озера. К редким разностям пород относятся высококалиевые базальты-андезибазальты даек в центре постройки влк. Харчинский и магнезиальные андезиты (Mg# = 58–61 мол. %) экструзий влк. Заречный. Большинство изученных пород демонстрирует типичное для островодужных пород обогащение крупноионными литофильными, легкими РЗЭ и обеднение высокозарядными элементами и тяжелыми РЗЭ. Высоко-К базальты и андезибазальты обнаруживают аномальное обогащение Ba > 1000 г/т, Th > 3.8 г/т, U > 1.8 г/т, Sr > 800 г/т, Sr/Y > 50 и легкими РЗЭ (La > 20 г/т) и близки к низкокремнистым адакитам. Базальты и андезибазальты всех изученных объектов содержат высоко-Мg фенокристаллы оливина (до Fo92.6) и клинопироксена (Mg# до 91 мол. %). Породы демонстрируют петрографические и геохимические признаки фракционной кристаллизации, наряду с процессами кумуляции минералов и смешения магм. Часть вкрапленников оливина демонстрирует высокое содержание NiO (до 5000 г/т) и повышенное значение Fe/Mn (до 80), что интерпретировано как свидетельство участия в процессах магмообразования пироксенитового источника. Использование соотношений Ca/Fe и Ni/Mg позволило нам разграничить поля составов и тренды эволюции оливинов, связанных с различными источниками – перидотитовым и пироксенитовым, сформированными в результате реакции перидотитов мантийного клина и высоко-Si расплавов субдуцируемой океанической коры. Полученные данные согласуются с другими свидетельствами плавления краевой части субдуцирующей Тихоокеанской плиты под северным участком Центральной Камчатской депрессии в зоне сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг и свидетельствуют о значительной гетерогенности мантии в этом районе.
Ключевые слова
Об авторах
Н. В. Горбач
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
Email: n_gorbach@mail.ru
Россия, Петропавловск-Камчатский
Н. А. Некрылов
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН; Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана
Email: n_gorbach@mail.ru
Россия, Петропавловск-Камчатский; Россия, Москва
М. В. Портнягин
GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel
Email: n_gorbach@mail.ru
Germany, Kiel
К. Хернле
GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel; Institute of Geosciences, Kiel University
Email: n_gorbach@mail.ru
Germany, Kiel; Germany, Kiel
Список литературы
- Волынец О.Н., Пономарева В.В., Бабанский А.Д. Магнезиальные базальты андезитового вулкана Шивелуч // Петрология. 1997. Т. 5. № 2. С. 206–221.
- Волынец О.Н., Мелекесцев И.В., Пономарева В.В., Ягодзински Дж.М. Харчинский и Заречный вулканы – уникальные центры позднеплейстоценовых магнезиальных базальтов на Камчатке: структурная приуроченность, морфология, возраст и геологическое строение вулканов // Вулканология и сейсмология. 1998. № 4–5. С. 5–18.
- Волынец О.Н., Мелекесцев И.В., Пономарева В.В., Ягодзински Дж.М. Харчинский и Заречный вулканы – уникальные центры позднеплейстоценовых магнезиальных базальтов на Камчатке: вещественный состав вулканических пород // Вулканология и сейсмология. 1999. № 1. С. 31–45.
- Волынец О.Н., Бабанский А.Д., Гольцман Ю.В. Изотопные и геохимические вариации в лавах вулканов Северной группы (Камчатка) в связи с особенностями процесса субдукции // Геохимия. 2000. № 10. С. 1067–1084.
- Горбач Н.В., Портнягин М.В. Геологическое строение и петрология лавового комплекса вулкана Молодой Шивелуч (Камчатка) // Петрология. 2011. Т. 19. № 2. С. 140–172.
- Кутыев Ф.Ш., Эрлих Э.Н. К петрологии базальтов Харчинской группы вулканов // Бюлл. Вулканол. станций. 1973. № 49. С. 83–92.
- Меняйлов А.А. Вулканы Харчинских гор // Тр. Лаб. вулканологиии. 1949. Вып. 6. С. 53–61.
- Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования // Под ред. Богатикова О.А., Петрова О.В., Шарпенок Л.Н. СПб.: Изд. ФГБУ “ВСЕГЕИ”, 2008. 203 с.
- Огородов Н.В., Белоусов В.И. Новые данные о вулканах Харчинском и Заречном // Бюлл. Вулканол. станций. 1961. № 31. С. 46–51.
- Портнягин М.В., Миронов Н.Л., Назарова Д.П. Распределение меди между оливином и расплавными включениями и ее содержание в примитивных островодужных магмах Камчатки // Петрология. 2017. Т. 25. № 4. С. 419–432.
- Секисова В.С., Смирнов С.З., Кузьмин Д.В. и др. Корово-мантийные ксенолиты: минералогия и петрогенезис // Геология и геофизика. 2021. Т. 62. № 3. С. 422–442.
- Симакин А.Г., Девятова В.Н., Салова Т.П., Шапошникова О.Ю. Экспериментальное исследование кристаллизации амфибола из высокомагнезиального андезитового расплава вулкана Шивелуч // Петрология. 2019. Т. 27. № 5. С. 476–495.
- Bryant J.A., Yogodzinski G.M., Churikova T.G. High-Mg# andesitic lavas of the Shisheisky Complex, Northern Kamchatka: implications for primitive calc-alkaline magmatism // Contrib. Mineral. Petrol. 2011. V. 161. Iss. 5. P. 791–810.
- Churikova T., Dorendorf F., Wörner G. Sources and fluids in the mantle wedge below Kamchatka, evidence from across-arc geochemical variation // J. Petrol. 2001. V. 42. Iss. 8. P. 1567–1593.
- Defant M.J., Drummond M.S Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted lithosphere // Nature. 1990. V. 347. P. 662–665.
- Gavrilenko M., Herzberg C., Vidito C. et al. A calcium-in-oli-vine geohygrometer and its application to subduction zone magmatism // J. Petrol. 2016. V. 57. Iss. 9. P. 1811–1832.
- Gill R. Igneous rocks and processes: a practical guide. Uni-ted Kingdom: John Wiley & Sons, 2011. 438 p.
- Gorbach N., Portnyagin M., Tembrel I. Volcanic structure and composition of Old Shiveluch volcano, Kamchatka // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 193–208.
- Gorbach N., Philosofova T., Portnyagin M. Amphibole record of the 1964 plinian and following dome-forming eruptions of Shiveluch volcano, Kamchatka // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2020. V. 407. 107108.
- Gordeychik B., Churikova T., Shea T. et al. Fo and Ni relations in olivine differentiate between crystallization and diffusion trends // J. Petrol. 2020. V. 61. Iss. 9.https://doi.org/10.1093/petrology/egaa083
- Govindaraju K. Compilation of working values and sample description for 383 geostandards // Geostand. Newslett. 1994. V. 18. P. 1–158.
- Herzberg C. Identification of source lithology in the Hawaiian and Canary Islands: implications for origins // J. Petrol. 2011. V. 52. Iss. 1. P. 113–146.
- Herzberg C., Asimow P.D., Ionov D.A. et al. Nickel and helium evidence for melt above the core-mantle boundary // Nature. 2013. V. 493. Iss. 7432. P. 393–397.
- Jarosewich E., Nelen J.A., Norberg J.A. Reference samples for electron microprobe analysis // Geostand. Newslett. 1980. V. 4. P. 43–47.
- Jochum K.P., Weis U., Schwager B. et al. Reference values following ISO guidelines for frequently requested rock refe-rence materials // Geostand. Geoanalytical Res. 2016. V. 40. Iss. 3. P. 333–350.
- Leake B.E., Woolley A.R., Arps C.E.S. et al. Nomenclature of amphiboles: report of the subcommittee on amphiboles of the mineralogical association // Mineral. Mag. 1997. V. 61. Iss. 3. P. 295–321.
- Lindsley D.H. Pyroxene thermometry // Amer. Mineral. 1983. V. 68. Iss. 5–6. P. 477–493.
- Martin H. Adakitic magmas: modern analogues of Archaean granitoids // Lithos. 1999. V. 46. № 3. P. 411–429.
- Martin H., Smithies R.H., Rapp R. et al. An overview of adakite, tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG), and sanukitoid: relationships and some implications for crustal evolution // Lithos. 2005. V. 79. № 1–2. P. 1–24.
- Moyen J.F. High Sr/Y and La/Yb ratios: the meaning of the “adakitic signature” // Lithos. 2009. V. 112. № 3–4. P. 556–574.
- Münker C., Wörner G., Yogodzinski G.M., Churikova T. Behaviour of high field strength elements in subduction zones: constraints from Kamchatka-Aleutian arc lavas // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. № 224. P. 275–293.
- Nekrylov N., Portnyagin M.V., Kamenetsky V.S. et al. Chromium spinel in Late Quaternary volcanic rocks from Kamchatka: implications for spatial compositional variability of subarc mantle and its oxidation state // Lithos. 2018. V. 322. P. 212–224.
- Nekrylov N., Kamenetsky V.S., Savelyev D.P. et al. Platinum-group elements in Late Quaternary high-Mg basalts of eastern Kamchatka: evidence for minor cryptic sulfide fractionation in primitive arc magmas // Lithos. 2022. Iss. 412–413. 106608.
- Nimis P., Ulmer P. Clinopyroxene geobarometry of magmatic rocks Part 1: An expanded structural geobarometer for anhydrous and hydrous, basic and ultrabasic systems // Contrib. Mineral. Petrol. 1998. V. 133. Iss. 1. P. 122–135.
- Nishizawa T., Nakamura H., Churikova T. et al. Genesis of ultra-high-Ni olivine in high-Mg andesite lava triggered by seamount subduction // Sci. Reports. 2017. V. 7. Iss. 1. 11515.
- Nikulin A., Levin V., Carr M. et al. Evidence for two upper mantle sources driving volcanism in Central Kamchatka // Earth Planet. Sci. Lett. 2012. V. 321–322. P. 14–19.
- Ponomareva V., Pendea I.F., Zelenin E. et al. The first continuous late Pleistocene tephra record from Kamchatka Peninsula (NW Pacific) and its volcanological and paleogeographic implications // Quaternary Sci. Rev. 2021. V. 257. 106838. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.106838
- 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 // Eds. J. Eichelberger, E. Gordeev, M. Kasaharaet et al. Volcanism and Subduction: The Kamchatka Region. Vol. Geophysical Monograph 172. Amer. Geophys. Union, Washington D.C. 2007. P. 199–239.
- Portnyagin M.V., Sobolev A.V., Mironov N.L., Hoernle K. Pyroxenite melts involved in magma genesis in Kamchatka // 19th Annual VM Goldschmidt Conference, Davos, Switzerland, June 21–26. Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. V. 73. Iss. 13. Supp. 1. A1044.
- Siegrist M., Yogodzinski G., Bizimis M. et al. Fragments of metasomatized forearc: origin and implications of mafic and ultramafic xenoliths from Kharchinsky Volcano, Kamchatka // Geochem. Geophys. Geosys. 2019. Iss. 9. P. 4426–4456.
- Siegrist M., Yogodzinski G.M., Bizimis M. Origins of Os-isotope and platinum-group element compositions of metasomatized peridotite and cumulate pyroxenite xenoliths from Kharchinsky Volcano, Kamchatka // Geochim. Cosmochim. Acta. 2021. V. 299. P. 130–150.
- Sobolev A.V., Hofmann A.W., Kuzmin D.V. et al. The amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts // Science. 2007. V. 316. Iss. 5823. P. 412–417.
- Straub S.M., LaGatta A.B., Pozzo A.L.M.D., Langmuir C.H. Evidence from high-Ni olivines for a hybridized peridoti-te/pyroxenite source for orogenic andesites from the central Mexican Volcanic Belt // Geochem. Geophys. Geosys. 2008. Iss. 9. https://doi.org/10.1029/2007GC001583
- Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Geol. Soc. London, Spec. Publ. 1989. V. 42. Iss. 1. P. 313–345.
- Whitney D.L., Evans B.W. Abbreviations for names of rock-forming minerals // Amer. Mineral. 2010. V. 95. Iss. 1. P. 185–187.
- Yogodzinski G.M., Lees J.M., Churikova T.G. et al. Geochemical evidence for the melting of subducting oceanic lithosphere at plate edges // Nature. 2001. V. 409. P. 500–504.