1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Петрология
  4. T. 31, № 3, 2023

Петрология, 2023, T. 31, № 3, стр. 281-299

Новые данные по составу пород и минералов вулканов Харчинский и Заречный (Центральная Камчатская депрессия): гетерогенность мантийного источника и особенности эволюции магм в коровых условиях

Н. В. Горбач a, Н. А. Некрылов a, b, М. В. Портнягин c, К. Хернле c, d

a Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
Петропавловск-Камчатский, Россия

b Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана
Москва, Россия

c GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel
Kiel, Germany

d Institute of Geosciences, Kiel University
Kiel, Germany

Поступила в редакцию 11.10.2022
После доработки 11.11.2022
Принята к публикации 18.11.2022

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: островодужные магмы, оливин, клинопироксен, пироксенитовый источник, Харчинский, Заречный, Камчатка

Список литературы

  1. Волынец О.Н., Пономарева В.В., Бабанский А.Д. Магнезиальные базальты андезитового вулкана Шивелуч // Петрология. 1997. Т. 5. № 2. С. 206–221.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. Горбач Н.В., Портнягин М.В. Геологическое строение и петрология лавового комплекса вулкана Молодой Шивелуч (Камчатка) // Петрология. 2011. Т. 19. № 2. С. 140–172.

  6. Кутыев Ф.Ш., Эрлих Э.Н. К петрологии базальтов Харчинской группы вулканов // Бюлл. Вулканол. станций. 1973. № 49. С. 83–92.

  7. Меняйлов А.А. Вулканы Харчинских гор // Тр. Лаб. вулканологиии. 1949. Вып. 6. С. 53–61.

  8. 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.

  9. Огородов Н.В., Белоусов В.И. Новые данные о вулканах Харчинском и Заречном // Бюлл. Вулканол. станций. 1961. № 31. С. 46–51.

  10. 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.

  11. 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.

  12. 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.

  13. 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.

  14. 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.

  15. 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.

  16. 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.

  17. Gill R. Igneous rocks and processes: a practical guide. Uni-ted Kingdom: John Wiley & Sons, 2011. 438 p.

  18. 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.

  19. 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.

  20. 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

  21. Govindaraju K. Compilation of working values and sample description for 383 geostandards // Geostand. Newslett. 1994. V. 18. P. 1–158.

  22. 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.

  23. 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.

  24. Jarosewich E., Nelen J.A., Norberg J.A. Reference samples for electron microprobe analysis // Geostand. Newslett. 1980. V. 4. P. 43–47.

  25. 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.

  26. 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.

  27. Lindsley D.H. Pyroxene thermometry // Amer. Mineral. 1983. V. 68. Iss. 5–6. P. 477–493.

  28. Martin H. Adakitic magmas: modern analogues of Archaean granitoids // Lithos. 1999. V. 46. № 3. P. 411–429.

  29. 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.

  30. 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.

  31. 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.

  32. 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.

  33. 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.

  34. 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.

  35. 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.

  36. 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.

  37. 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

  38. 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.

  39. 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.

  40. 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.

  41. 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.

  42. 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.

  43. 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

  44. 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.

  45. Whitney D.L., Evans B.W. Abbreviations for names of rock-forming minerals // Amer. Mineral. 2010. V. 95. Iss. 1. P. 185–187.

  46. 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.

Дополнительные материалы

скачать ESM.xlsx
Supplementary 1: ESM_1. XRF secondary standards measurements
Supplementary 1: ESM_2. ICP-MS secondary standards measurements
Supplementary 1: ESM_3. EPMA secondary standards measurements
Supplementary 1: ESM_4. Whole rock composition of the studied samples
Supplementary 1: ESM_5. Olivine phenocrysts composition
Supplementary 1: ESM_6. Pyroxene phenocrysts composition
Supplementary 1: ESM_7. Amphibole phenocrysts composition
Supplementary 1: ESM_8. Plagioclase phenocrysts composition

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал