Эволюция магматизма кальдерного комплекса

Эволюция магматизма кальдерного комплекса

Одной из важных особенностей Карымского вулканического центра является большой временной интервал его активности, цикличность вулканической деятельности, унаследованность в развитии магмовыводящих систем, что выражается в телескопированном расположении кальдер и последующей локализации в них молодого базальтоидного и андезитового вулканизма.

Анализ состава пирокластических отложений всех трех рассмотренных кальдер (Половинки, Однобокой и Академии Наук) показывает, что на предэруптивном этапе расплав в верхнекоровых очагах был в достаточной степени эволюционирован с формированием градиентов по составу, температуре и содержанию летучих. Сравнительно однородный состав пирокластических отложений начальных фаз (при формировании каждой из кальдер) является показателем длительной и равновесной кристаллизации кислой магмы в условиях относительно закрытой системы. Присутствие в них водосодержащих минералов свидетельствует об обводненности расплава в апикали магматической камеры перед началом катастрофических извержений. В случае кальдеры Половинка водонасыщенность расплава в предэруптивный период достигала предела насыщения (порядка 7 вес.%), когда возможно отделение летучих в самостоятельную фазу и возрастание флюидного давления на кровлю магматической камеры. Фугитивность кислорода достигала при этом очень высоких значений (+2,7NNO). На период, предшествующий кальдерообразующим извержениям на вулканах Однобоком и Академии Наук, содержание воды в расплаве было ниже уровня насыщения и составляло порядка 4-5 вес.%. Для всех трех кальдер характерно осушение расплава в процессе кальдерообразования, особенно значительное для кальдеры Половинка.

На завершающих этапах формирования кальдер степень неоднородности пирокластических отложений возрастает за счет появления более мафических по составу фрагментов в виде кристаллических фаз, полосчатых разностей и оформленных обломков. Присутствие безводных ассоциаций минеральных фаз в этих отложениях может свидетельствовать о перемещении расплавов на более высокие уровни и кристаллизации их в открытых магматических системах.

Глубина кровли верхнекорового очага (очагов) оценивалась по глиноземистости амфиболов в пирокластических отложениях. Судя по низким значениям этого показателя в роговой обманке из спекшихся туфов П2, минимальная (4-5 км) глубина кровли была характерна для корового очага кальдеры Половинка. Это согласуется с геологическими данными о существовании куполовидной структуры (Вулканический центр…, 1980) на период, предшествующий началу кальдерообразующих извержений и связанной, очевидно, с подъемом кислого расплава на более высокие уровни в земной коре. Глубина верхнекоровых очагов кальдер Однобокой и Академии Наук, из расплавов которых кристаллизовалась умеренно глиноземистая роговая обманка, соответствует 6-7 км. Отмечается латеральная миграция верхнекоровых магматических очагов с юга на север (рис.50, Е, Ж, З). Связано это может быть с закристаллизацией магматического материала южных сегментов этих очагов и постоянной мобилизацией кислых расплавов в зоне субмеридионального разлома в северной части кальдерной структуры.

Неравновесность минеральных фаз продуктов катастрофических извержений, присутствие оливин-анортитовых и битовнит-авгитовых (иногда в ассоциации с высокоглиноземистой роговой обманкой) кумулатов, появление в разрезах пемзовых туфов слоев шлаков базальтоидного состава, характер извержения 1996 года – все это указывает на существование в недрах структуры разноглубинных взаимодействующих магматических очагов. Слой (или силл) габбро-диоритового состава, судя по глиноземистости амфибола, связанного с кумулатами, мог располагаться в основании верхнекоровой магматической системы на глубине 11-12 км.

Базальты 1996 года, тефра извержения, произошедшего 4800 лет назад, и базальты, слагающие основание вулканов нижнечетвертичного возраста близки по составу и являются наименее эволюционированными в Карымском вулканическом центре. Они представляют собой, очевидно, близкий к исходному расплав промежуточного магматического очага, расположенного на глубине 18 км (Федотов, 1997).

Сходство изотопных меток стронция и ниодима в базальтах извержения 1996 г., андезитах, дацитах и риодацитах пирокластических отложений кальдер и некоторых вулканических построек Карымского вулканического центра указывает на генетическую связь этих расплавов (см. рис. 49, а). О происхождении пирокластического материала, относящегося к разным кальдерам, от единого нижнекорового источника, свидетельствуют и минералогические данные - линейные или близкие к линейным тренды составов темноцветных и рудных минералов из отложений, изменяющихся по составу от базальтов до риодацитов (Рис.51).

Присутствие в пирокластике телескопированных кальдер полнокристаллических кластеров (кумулатов), является показателем ведущей роли процессов фракционной кристаллизации (и фракционирования кристалл-жидкость в случае пристенной кристаллизации) (McBirney et al., 1985; Langmuir, 1989) в возникновении широкого спектра пород района. На заключительных этапах формирования кальдер важную роль играют и процессы смешивания расплавов, генерирующихся на разных уровнях.

На рис. 49, б показана зависимость изотопных отношений стронция от кремнекислотности для вулканических пород, слагающих ряд кальдерных структур центральной части Восточного вулканического пояса. На этой диаграмме ещё более очевидны близкие значения величин отношений ⁸⁷Sr/^/86Sr для пород разной кремнекислотности исследуемого района. Для вулканитов северных кальдер (Узон-Гейзерной и Крашенинникова) отмечается резкое увеличение радиогенного стронция по мере роста кремнекислотности. Это может интерпретироваться, как усиление роли контаминации базальтов материалом коры в более молодых кальдерах (Покровский, Волынец, 1999). Близость изотопных меток для базальтов и кислых вулканитов Карымского вулканического центра свидетельствует о малой роли процесса ассимиляции в образовании дифференцированных серий пород и ведущей роли процессов фракционирования базальтов. В то же время, сходство значений изотопных отношений стронция и ниодима для четвертичных вулканитов и ксенолитов плиоценовых гранитов в исследуемых образцах, с отношением изотопов стронция в породах фундамента Восточного вулканического пояса (ганальская свита, среднее 0,7038) (Хотин и др., 1983), указывает на принципиальную возможность контаминации исходного мантийного расплава коровым материалом. Для оценки масштаба этого процесса необходимы детальные изотопные исследования и данные о распределении редких и редкоземельных элементов.

Рис. 51. Обобщенная диаграмма MnO-Fm в ортопироксенах из пирокластических отложений южного сектора Карымского вулканического центра. Контуры распределения составов пироксенов: 1–2 кальдера Половинка, соответственно, П2 и П3; 3–4 – кальдера Однобокая, соответственно, первый (О1) и второй (О2) этапы; 5 - вулкан Академии Наук; 6 - тефра базальтового состава. Fm - железистость ортопироксенов.

Первое значительное поступление базальтоидного расплава в основание верхнекорового очага фиксируется в среднем плейстоцене, когда произошло вытеснение кислого расплава основным на завершающем этапе формирования кальдеры Половинка (П3). Было положено начало ритмично-пульсационному характеру развития кальдерного комплекса южного сектора Карымского вулканического центра. Эволюция верхнекоровых очагов, цикличность их деятельности, телескопированное строение кальдер были связаны в дальнейшем с процессами, происходящими в зоне субмеридионального разлома, проходящего через кальдерный комплекс на север к вулкану Соболиный. Начиная со второго этапа формирования кальдеры Однобокой, эксплозивные (ареальные) извержения базальтовой тефры приурочиваются, в основном, к северному и северо-западному секторам кальдеры. Они фиксируют, по-видимому, реологическую границу между боковой поверхностью верхнекорового очага, имеющего субсолидусную температуру, и жестким блоком вмещающих пород. Вероятно, имеют значение и низкие абсолютные отметки этой зоны. Незначительные по мощности и объему инъекции базальтов в межпароксизмальные стадии привносили в нее тепловой импульс, сдерживали кислую магму от остывания, не нарушая зональность в очаге. Образовывались конвективные ячейки между смежными зонами, о чем свидетельствует состав зональных плагиоклазов (в меньшей мере - темноцветных минералов). В периоды тектоно-магматических активизаций базальты из промежуточного магматического очага поступали в основание верхнекоровых очагов, сформировавшихся после периодов относительного затишья вулканической деятельности, вызывали крупнообъемные извержения пирокластического материала средне-кислого состава и с течением времени заполняли полости очагов. После завершения формирования каждой последующей кальдеры базальты, поступающие в основание верхнекоровой магматической системы, испытывали процессы гибридизации кислыми остаточными расплавами и последующее фракционирование. Этим объясняется изменение состава построек от слабодифференцированных базальтов докальдерного вулкана Дитмара через базальты и андезитобазальты вулкана Однобокого до андезитов и дацитов вулкана Академии Наук (рис. 52). То есть, начиная с П3 до голоцена все базальты в рассматриваемой структуре, представляли собой в разной степени эволюционированные расплавы, являющиеся дериватами исходной базальтовой магмы промежуточного очага.

Рис. 52. График время – содержание SiO₂ в породах основных комплексов южного сектора Карымского вулканического центра. Индексами вверху обозначены: Д – лавы докальдерного этапа; П1-2 и П3 – туфы, связанные с образованием кальдеры Половинка; О1(л) – лавы, слагающие основание вулкана Однобокого; О1 – туфы, связанные с первым этапом кальдерообразования на вулкане Однобоком; О2(л) – лавы, излившиеся в начальный период образования комплекса О2; О2 – туфы, связанные со вторым этапом кальдерообразования на вулкане Однобоком; АН – лавы и пемзы вулкана Академии Наук; БТ 1996 – базальтовая тефра извержения 1996 года в Карымском озере. Стрелки показывают направленность изменения составов пород во времени. Штрих-пунктирная линия в центре – условная граница, которая, как мы предполагаем, разделяет составы пород, связанных с нижнекоровыми (внизу) и верхнекоровыми (вверху) магматическими очагами.

Извержение в голоцене и в историческое время (1996 г.) тефры базальтов, близких по валовому составу и минеральным парагенезисам нижнечетвертичным базальтам, свидетельствует о закристаллизации магматического очага под вулканом Однобоким и поступлении расплава с более глубокого промежуточного очага, где базальтовая магма не претерпела значительных изменений за период с начала плейстоцена до голоцена.