Новые данные о возрастах фундамента Центральной Камчатской депрессии и основания Ключевской группы вулканов

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Полуостров Камчатка расположен над северным краем Курило-Камчатской зоны субдукции. Уникальной особенностью полуострова является структура растяжения, протягивающаяся на 400 км вдоль оси полуострова – Центральная Камчатская депрессия (ЦКД). Восточной границей ЦКД является Восточно-Камчатская зона разломов – непрерывная система активных сбросов [1], тогда как с запада границу ЦКД условно проводят в предгорьях Срединного хребта по границе распространения четвертичного заполнения депрессии (рис. 1). Таким образом, в структурном отношении ЦКД является полуграбеном (односторонним грабеном) с активным восточным бортом.

 

Рис. 1. Положение Центральной Камчатской депрессии (ЦКД) на карте полуострова Камчатка. Жёлтой заливкой показано распространение четвертичных отложений внутри ЦКД и иных крупных грабенов [1], красной заливкой – положение вулканических поясов. Чёрными линиями показаны крупнейшие зоны сбросов. Квадратом показано положение скважины Кл-1

 

Современный структурный облик полуостров Камчатка приобрёл в неогене в результате причленения с востока комплексов Кроноцкой дуги, ныне слагающих Восточные полуострова [2–4]. Причленение полуостровов завершилось к плиоцену, а наиболее молодой эпизод эксгумации террейна Восточных полуостровов датирован 3.3–5.1 млн лет [5]. На наиболее северном из Восточных полуостровов Камчатки, Камчатском полуострове, коллизионные деформации продолжаются вплоть до настоящего времени [6]. Современная конфигурация вулканических поясов полуострова также оформилась к плиоцену [3].

Формирование ЦКД связывают с выдвижением Восточной Камчатки в сторону Тихого океана вследствие отступания северного края зоны субдукции [7], а обстановка растяжения, приведшая к формированию ЦКД, не могла сложиться до окончания аккреции Восточных полуостровов. Однако, вплоть до настоящего времени отсутствовали изотопно-геохронологические данные о времени заложения ЦКД, что не позволяло напрямую связать обособление ЦКД с этапами тектонической эволюции Камчатки и интенсивностью новейших деформаций. Исследования современных деформаций ЦКД были сосредоточены на активных разломах её восточного борта [1, 7]. Кроме того, неизвестной остаётся мощность рыхлого заполнения ЦКД. В настоящей работе представлены результаты изотопно-геохронологических исследований вулканитов из глубинной скважины Кл-1, позволяющие обосновать возраст заложения ЦКД и дополнить знания о глубине и составе ее фундамента.

ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ

Скважина Кл-1 глубиной 1513 м была пробурена в 2005–2007 гг. в северной части ЦКД у пос. Ключи в рамках поисковых работ на теплоэнергетические подземные воды. Фрагменты керна и первичные описания колонки были получены авторами статьи в хранилище Камчатского филиала Территориального фонда геологической информации Дальневосточного Федерального округа (Инв. № 7417).

Химический состав четырёх образцов, выбранных для датирования, был определён рентгено-флюоресцентным методом в Институте геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск) на спектрометре S4 Pioneer (“Bruker AXS”) по методике [8]. K ‒ Ar-датирование образцов по основной массе породы было выполнено в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН, определение содержания радиогенного аргона проводилось на масс-спектрометре МИ-1201 ИГ методом изотопного разбавления с применением в качестве трассера моноизотопа ³⁸Ar; определение калия — методом пламенной спектрофотометрии. При расчёте возраста использованы константы: l_K = 0.581*10^–10 год^–1, l_b-= 4.962*10^–10 год^–1, ⁴⁰K = 0.01167 (ат. %).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В разрезе скважины (рис. 2) выделено девять слоев. Слои I и II (50–475 м) представлены базальтами и андезибазальтами, которые чередуются с рыхлыми пирокластическими отложениями. Базальты и андезибазальты оливин-клинопироксеновые и мегаплагиофировые, мощность отдельных потоков изменяется от 7 до 26 м. Пирокластические прослои представлены шлаками серо-коричневого цвета с песчано-пепловым заполнителем. По химическому составу проанализированные образцы лав с глубин 99, 284 и 400 м (табл. 1) соответствуют умеренно-калиевым базальтам и высоко-калиевым трахиандезибазальтам, то есть сходны с породами, залегающими в основании Ключевской группы вулканов и в районе Хапиченского плато [9, 10]. Слой III (475–505 м) сложен пачкой песков и валунных конгломератов, которые с несогласием перекрывают подстилающие породы.

 

Рис. 2. Литологическая колонка скважины Кл-1. 1 — песчано-валунная толща, 2 – 4 — лавы (2 — базальты, 3 — андезибазальты, 4 — андезиты), 5–6 — туфы (5 — основного, 6 — среднего состава), 7 — точки отбора образцов на K–Ar-датирование (подписаны индексы образцов и возраст в млн лет)

 

Таблица 1. Вещественный состав (мас. %) образцов из скважины Кл-1

	Кл-99	Кл-284	Кл-400	Кл-1255
Интервал глубин, м	98–99.6	248–289	400–405	1255.5–1257.6
SiO2	53.40	51.01	53.52	53.81
TiO2	1.34	0.95	1.27	0.82
Al2O3	18.81	19.81	17.96	16.41
Fe2O3	9.60	9.20	9.45	9.28
MnO	0.15	0.15	0.15	0.16
MgO	3.76	4.82	4.06	6.77
CaO	8.49	9.90	8.50	8.74
Na2O	3.33	2.99	3.29	2.98
K2O	1.58	1.11	1.92	0.96
P2O5	0.36	0.25	0.42	0.19
ППП (%)	–0.27	–0.15	–0.08	0.12
Сумма	100.54	100.03	100.45	100.26

 

Слои IV – VI (505–905 м) представлены афировыми и оливин-пироксен порфировыми андезибазальтами, чередующимися со шлаками того же состава и рыхлыми вулканическими песками, возможно, маркирующими эрозионные границы.

Между слоями VI и VII (рис. 2) на глубине 905 м в разрезе отмечается резкая литологическая граница. Выше 905 м лавы сохраняют свежий облик, а прослои тефры и терригенных отложений не литифицированы. Ниже 905 м (слои VII – IX) до забоя скважиной вскрыты туфы основного и среднего состава, которые чередуются с андезитами и андезибазальтами. Породы сильно трещиноваты и аргиллитизированы. В отдельных интервалах первичные минералы почти полностью замещены глинистым веществом. В интервале 905–1513 м для датирования был выбран в наименьшей степени измененный образец умеренно-калиевого андезибазальта (таблица 1), залегающей на глубине 1255 м (слой VIII).

Было выполнено K ‒ Ar-датирование четырёх образцов. Образцы из слоя II имеют возрасты 0.72 ± 0.05, 1.54 ± 0.15 и 1.46 ± 0.08 млн лет, а для пород из слоя VIII получена оценка возраста 3.5 ± 0.4 млн лет (рис. 2, табл. 2).

 

Таблица 2. Возрастные определения образцов из скважины Кл-1

№ авт.	Материал	Калий, % ± σ	40Arрад (нг/г) ± σ	40Arатм, %	Возраст, млн лет ± 2σ
КЛ-99	основная масса	1.31 ± 0.02	0.065 ± 0.002	92.6	0.72 ± 0.05
КЛ-284	то же	0.609 ± 0.010	0.065 ± 0.003	94.6	1.54 ± 0.15
КЛ-400	>>	1.61 ± 0.02	0.163 ± 0.004	91.1	1.46 ± 0.08
КЛ-1255	>>	0.701 ± 0.010	0.169 ± 0.011	96.4	3.5 ± 0.4

 

На основании полученных данных можно предполагать, что плиоценовый возраст имеют слои VII – IX, породы которых по составу и степени изменения аналогичны датированным андезибазальтам слоя VIII. Внутри ЦКД возрастные аналоги этих пород описаны в составе алевролитовой толщи, венчающей разрез фундамента ЦКД в параметрических скважинах Д олиновская-1,-2 и Б езводная-1, и отнесённой к среднему миоцену–раннему плиоцену на основании микропалеонтологических данных [11]. В отличие от этих скважин, в скважине Кл-1 описаны эффузивы, что указывает на её положение в пределах вулканического пояса плиоценового возраста. Кровля плиоценовой толщи в скважине Кл-1 имеет глубину 905 м (соответствует абсолютной высоте 875 м ниже уровня моря), что существенно ниже кровли плиоцена в ранее изученных скважинах (рис. 3).

 

Рис. 3. Оценки мощности осадочного заполнения ЦКД (1 – по [11]), 2 – по [16], 3 – скважина Кл-1) и возраста вулканитов, выходящих на дневную поверхность (4 – верхний плейстоцен – голоцен [17], 5 – средний плейстоцен и древнее, включая точки определения абсолютного возраста в млн лет [12 – 15]; 6 – распространение четвертичных отложений внутри ЦКД)

 

Полученные для пород слоя II оценки возраста около 0.7 и 1.5 млн лет (рис. 2), очевидно относятся как минимум к двум эпизодам вулканической активности. Столь древние вулканиты ранее не были известны в Ключевской группе вулканов [12, 13], но эти новые даты удивительно близки к двум известным группам дат для древнейших эффузивов ЦКД около 0.7 и 1.3 млн лет [14, 15] (рис. 3). Однако, столь разрозненных данных недостаточно для выводов о региональных эпизодах активизации вулканизма. Проверка данной гипотезы требует дальнейшего накопления датировок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Авторами были изучены образцы вулканических горных пород, пройденных глубинной скважиной Кл-1 вблизи пос. Ключи. Эффузивы, вскрытые в интервале глубин 50–475 м имеют возраст 0.72 ± 0.05, 1.54 ± 0.15 и 1.46 ± 0.08 млн лет и по составу отвечают умеренно-калиевым базальтам и высоко-калиевым трахиандезибазальтам, то есть сходны с породами, обнажающимися в основании Ключевской группы. Однако, они существенно древнее всех ранее датированных эффузивов основания Ключевской группы (до 0.3 млн лет). Ниже глубины 905 м и до забоя скважиной вскрыты трещиноватые и аргилитизированные туфы основного и среднего состава, чередующиеся с андезитами и андезибазальтами. Для наименее изменённого образца умеренно-калиевого андезибазальта, вскрытого на глубине 1255 м, получена K ‒ Ar-оценка возраста 3.5 ± 0.4 млн лет, соответствующая отвечающая времени завершения аккреции комплексов Кроноцкой дуги к Камчатке. Таким образом, время заложения ЦКД можно ограничить интервалом 1.5–3.5 млн лет.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Исследование выполнено за счёт средств Российского научного фонда, проект № 21-77-10102.

Об авторах

Е. А. Зеленин

Геологический институт Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: egorzelenin@mail.ru
Россия, Москва

Н. В. Горбач

Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: egorzelenin@mail.ru
Россия, Петропавловск-Камчатский

С. А. Соколов

Геологический институт Российской академии наук

Email: egorzelenin@mail.ru
Россия, Москва

В. А. Лебедев

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук

Email: egorzelenin@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы