Вулканические дуги Курило-Камчатской системы

Введение

Несмотря на длительную историю изучения вулканизма островных дуг (ОД) и активных континентальных окраин, геотектонических позиций и глубинного строения зон его проявления некоторые аспекты генерации магм и формирования геохимических характеристик магматических пород все еще остаются в значительной мере неопределенными. Ключевыми являются два основных вопроса: 1 - что является источником магм (т.е. что плавится и где)? и 2 - что является причиной плавления - дополнительное тепло, снижение давления или привнос флюидов?

Со времени появления модели субдукции сформировались две основные точки зрения на процесс генерации магм в ОД и активных континентальных окраинах, обзор дан в ряде публикаций [2,57]. Согласно одной, плавление происходит за счет дополнительного тепла трения. При этом одни авторы [54,58,71,72] полагают, что плавится субдуцируемая океаническая кора, другие [63,76] - что плавится как океаническая кора, так и основание мантийного клина. По другой точке зрения плавится вещество мантийного клина над субдуцируемой пластиной под воздействием воды и других летучих компонентов, отделяющихся от поддвигаемой океанической коры [37,56,67,73,82 и др.].

В последнее время появились данные о том, что, хотя основной объем магм формируется в пределах мантийного клина под воздействием летучих компонентов, т.е. в соответствии со второй точкой зрения, но в некоторых условиях наблюдается частичное плавление океанической коры с формированием своеобразных известково-щелочных пород, объединяемых под термином "адакиты", которые, по сравнению с типичными ОД-породами, характеризуются высокими концентрациями Mg, Sr, K, низкими концентрациями тяжелых РЗЭ, Ni, Cr, соответственно, высокими отношениями La/Yb, Sr/Y и низкими FeO/MgO, K/La, Ba/La и некоторыми другими параметрами [78,93,94].

Курило-Камчатская островодужная система является хорошим регионом для реконструкции условий генерации магмы. Здесь наблюдается большое разнообразие островодужных серий вулканических пород, включая породы с адакитовой тенденцией. Камчатка является единственным в мире районом, где в Срединном хребте имеется современный вулканический пояс или вулканическая дуга с глубиной до современной сейсмофокальной зоны более 300 км [6,83], тогда как в пределах других островных дуг и активных континентальных окраин максимальная глубина до сейсмофокальной зоны под тыловыми вулканами не превышает 200-220 км. И, наконец, на Камчатке, наряду с типичными островодужными сериями, довольно широко распространены породы внутриплитного геохимического типа [89].

Структурно-тектонические обстановки проявления вулканизма и геодинамические параметры зон субдукции также различны вдоль и вкрест Курило-Камчатской ОД-системы. Здесь имеются участки с прямой и косой субдукцией, участки поддвигания Тихоокеанской плиты с нормальной и утолщенной океанической корой, а также зона стыка Курило-Камчатской и Алеутской дуг с трансформной границей между Тихоокеанской и Североамериканской плитами [4,6].

Настоящая статья представляет собой попытку систематизации пространственно-структурных и петролого-геохимических данных по соотношению тектонического развития и вулканизма Курило-Камчатской островодужной системы с целью реконструкции условий магмообразования и петролого-геохимической специфики вулканических пород.

Заключение

Современную структуру Курило-Камчатской ОД-системы определяют разновозрастные вулканические пояса, которые представляют собой вулканические дуги над зонами субдукции. В конце олигоцена - миоцене существовала Срединно-Камчатско-Курильская система дуг. В пределах Срединно-Камчатской дуги этой системы, располагавшейся на месте современного Срединного хребта Камчатки (см. рис.5), отчетливо проявлена вулканическая дуга, реконструируются тектоническая (невулканическая) дуга и глубоководный желоб, северная часть которого в пределах запада Командорской котловины проявляется в виде погребенного под осадками желоба, а также фиксируируется по современным гравиметрическим и сейсмологическим данным. Современные сейсмологические данные (см. рис.4) свидетельствуют о том, что в настоящее время, возможно, еще наблюдаются небольшие подвижки в зоне субдукции этой системы.

В конце миоцена - начале плиоцена на участке от Авачинского залива до Камчатского полуострова в результате блокировки зоны субдукции, по-видимому, за счет аккреции полуостровов Восточной Камчатки произошел ее перескок на современное положение и отмирание зоны субдукции под Срединный хребет, хотя вулканизм проявлялся еще и в голоцене, а к настоящему времени сохранился лишь один активный вулкан.

На участке к югу от Авачинского залива, т.е. в пределах Южной Камчатки и Курил субдукция сохранилась практически в неизменном виде с конца олигоцена. При этом в северной части Южной Камчатки произошло наложение северо-восточных структур современной дуги на северо-западные структуры верхнеолигоцен-миоценовой дуги (см. рис. 5).

В соответствии с тектонической историей островодужного этапа развития региона и геодинамическими параметрами зоны субдукции выделяются следующие районы (сегменты) современной Курило-Камчатской островодужной системы: Срединно-Камчатский, Восточно-Камчатский, Северо-Курильский, Центрально-Курильский и Южно-Курильский. Восточно-Камчатский сегмент является примером начального этапа субдукции, Срединно-Камчатская дуга - примером затухания субдукции, а для остальных районов характерен стационарный режим субдукции с разными геодинамическими параметрами. Вариации химического состава вулканических пород зависят от условий магмообразования и состава плавящегося субстрата.

На Камчатке и Курилах при стационарном режиме субдукции выплавляются типичные ОД-магмы за счет внедрения флюида из поддвигаемой плиты в в мантийний клин, где происходит плавление в зоне высоких температур, достаточных для плавления "мокрого" перидотита. Две вулканические зоны - фронтальная и тыловая обусловлены двумя уровнями отделения воды от разных водосодержащих минералов. Большинство водосодержащих минералов дегидратируются под фронтальной зоной. Источником воды под тыловой зоной является дегидратация серпентина и талька.

В аномальных участках, а именно в зоне сочленения Курило-Камчатской ОД-системы с Алеутской дугой, в Срединном хребте Камчатки после прекращения субдукции и на Восточной Камчатке в начальный этап формирования новой зоны субдукции возможно частичное плавление верхней части субдуцируемой плиты с излиянием внутриплитного геохимического типа лав и лав с адакитовой тенденцией. Частичное плавление океанической коры возможно в результате более высокой температуры на контакте с более горячими, по сравнению с обычными ОД-условиями, участками мантии, либо за счет разрыва поддвигаемой плиты (сочленение с Алеутской дугой, прекращение субдукции под Срединный хребет и отрыв тяжелой части субдуцированной плиты), либо в начальный период субдукции на Восточной Камчатке в плиоцене.

Список литературы

1. Авдейко Г.П. Закономерности распределения вулканов Курильской островной дуги // Докл. АН СССР. 1989. Т. 304. N5. С. 1196-1200.

2. Авдейко Г.П. Геодинамика проявления вулканизма Курильской островной дуги и оценка моделей магмообразования // Геотектоника. 1994. N2. С. 19-32.

3. Авдейко Г.П., Волынец О.Н., Антонов А.Ю. Вулканизм Курильской островной дуги: структурно-петрологические аспекты и проблемы магмообразования // Вулканология и сейсмология. 1989. N5. С. 3-16.

4. Авдейко Г.П., Волынец О.Н., Егоров Ю.О. Вулкано-тектоническое районирование и геодинамические условия магмообразования Курило-Камчатской островодужной системы // Материалы совещания "Тектоника, геодинамика и процессы магматизма и метаморфизма". Т. 1. М.: ГЕОС, 1999. С. 20-24.

5. Авдейко Г.П., Пилипенко Г.Ф., Палуева А.А., Напылова О.А. Геотектонические позиции современных гидротермальных проявлений Камчатки // Вулканология и сейсмология. 1998. N6. С. 85-99.

6. Авдейко Г.П., Попруженко С.В., Палуева А.А. Тектоническое развитие и вулкано-тектоническое районирование Курило-Камчатской островодужной системы // Геотектоника, в печати

7. Апрелков С.Е., Смирнов Л.М., Ольшанская О.Н. Природа аномальной зоны силы тяжести в Центрально-Камчатской депрессии // Глубинное моделирование геологических структур по гравитационным и магнитным данным. Владивосток, 1985. С. 68-71.

8. Балуев Э.Ю., Перепелов А.Б., Ананьев В.В., Тактаев В.И. Высококалиевые андезиты фронтальной части островной дуги (Камчатка) // Докл. АН СССР. 1979. Т. 279. N4. С. 977-981.

9. Бахтеев М.К., Морозов О.А., Тихомирова С.Р. Структура Восточно-Камчатской безофиолитовой коллизионной сутуры - надвига Гречишкина // Геотектоника. 1997. N3. С. 74-85.

10. Вишневская В.С., Бернард В.В. Возраст и условия формирования мезозойских кремнистых пород Камчатки // Очерки по геологиии Востока СССР. М.:Наука, 1985. С. 35-40.

11. Волынец О.Н., Авдейко Г.П., Цветков А.А. и др. Минеральная зональность четвертичных лав Курильской островной дуги // Изв. АН СССР. Сер.геол. 1990. N1. С. 29-44.

12. Волынец О.Н., Антипин В.С., Перепелов А.Б., Аношин Г.Н. Геохимия вулканических серий островодужной системы в приложении к геодинамике (Камчатка) // Геология и геофизика. 1990. N5. С. 3-13.

13. Волынец О.Н., Ермаков В.А., Колосков А.В. Включения в вулканических породах Курило-Камчатской островной дуги и их значение для понимания петрогенезиса // Петрология и геохимия островных дуг и окраинных морей. М.: Наука, 1987. С. 293-312.

14. Волынец О.Н., Колосков А.В., Ягодзинский Дж. и др. Бонинитовая тенденция в лавах подводного вулкана Пийпа и его обрамления (западная часть Алеутской дуги). 1. Геология, петрохимия, минералогия // Вулканология и сейсмология. 1992. N1. С. 3-23.

15. 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. 1998. N4-5. С. 5-18.

16.. 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. N 1. С. 31-45.

17. Волынец О.Н., Пономарева В.В., Бабанский А.Д. Магнезиальные базальты андезитового вулкана Шивелуч // Петрология. 1997. Т.5. N2. С. 206-221.

18. Волынец О.Н., Пузанков Ю.М., Аношин Г.Н. Геохимия неоген-четвертичных вулканических серий Камчатки // Геохимическая типизация магматических и метаморфических пород Камчатки. Труды института геологии и геофизики. Вып.390. Новосибирск, 1990. С. 73-114.

19. Волынец О.Н., Успенский В.С., Аношин Г.Н. и др. Эволюция геодинамического режима магмообразования на Восточной Камчатке в позднем кайнозое (по геохимическим данным) // Вулканология и сейсмология. 1990. N5. С. 14-27.

20. Волынец О.Н., Флеров Г.Б., Шанцер А.Е., Мелекесцев И.В. Курило-Камчатская островная дуга. Камчатский сегмент // Петрология и геохимия островных дуг и окраинных морей. М.:Наука, 1987. С. 56-85.

21. Вулканы и четвертичный вулканизм Срединного хребта Камчатки /Авт. Н.В.Огородов и др. М.: Наука, 1972. 190 с.

22. Геологическое строение зон активного кайнозойского вулканизма / Сост. В.С.Шеймович, М.Г.Патока. ПГО "Камчатгеология". М.:Недра, 1989. 207 с.

23. Гравитационное поле и рельеф дна океана / Ред. С.А.Ушаков. Л.:Недра, 1979. 295 с.

24. Исаев Е.Н., Ушаков С.А., Гайнанов А.Г. Геофизические данные о закономерностях структуры коры в северной части Тихоокеанской переходной зоны // Земная кора островных дуг и дальневосточных морей. М.:Наука, 1972. С. 69-83.

25. Карта полезных ископаемых Камчатской области м-ба 1:500000. Петропавловск-Камчатский: Камчатгеолком, издательство ВСЕГЕИ, 1999.

26. Колосков А.В. Изотопно-геохимическая неоднородность позднекайнозойских вулканитов Камчатки, геометрия субдукционной зоны, модель флюидно-магматической системы // Вулканология и сейсмология, в печати

27. Кононов М.В. Тектоника плит северо-запада Тихого океана. М.:Наука, 1989. 168 с.

28. Константиновская Е.А. Геодинамика коллизии островная дуга - континент на западной окраине Тихого океана // Геотектоника. 1999. N 5. С. 15-34.

29. Леглер В.А. Развитие Камчатки в кайнозое с точки зрения теории тектоники литосферных плит (источники энергии тектонических процессов и динамика плит) // Тектоника литосферных плит. М.:Ин-т океанологии АН СССР, 1977. С. 137-169.

30. Майсен Б., Беттчер А. Плавление водосодержащей мантии. М.: Мир, 1979. 123 с.

31. Мархинин Е.К. Роль вулканизма в формировании земной коры. На примере Курильской островной дуги. М.:Наука, 1967. 254 с.

32. Мелекесцев И.В. Вулканизм и рельефообразование. М.:Наука, 1980. 211 с.

33. Объяснительная записка к тектонической карте Охотоморского региона масштаба 1:2500000 / Ред. Н.А.Богданов, В.Е Хаин. М.: ИЛРАН, 2000. 193 с.

34. Осипенко А.Б. Латеральные вариации химического состава породообразующих минералов в тыловой зоне Курильской островной дуги: амфиболы // Вулканология и сейсмология. 2000. N 2. С. 18-29.

35. Пискунов Б.Н. Геолого-петрологическая специфика вулканизма островных дуг. М.: Наука, 1987. 237 с.

36. Подводный вулканизм и зональность Курильской островной дуги /Авт. Авдейко Г.П., Антонов А.Ю., Волынец О.Н. и др. М.: Наука, 1992. 528 с.

37. Пополитов Э.И., Волынец О.Н. Геохимические особенности четвертичного вулканизма Курило-Камчатской островной дуги и некоторые вопросы петрогенезиса. Новосибирск: Наука, 1981. 182 с.

38. Селиверстов Н.И. Строение дна прикамчатских акваторий и геодинамика зоны сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. М.: Научный мир, 1998. 164 с.

39. Сергеев К.Ф. Тектоника Курильской островной системы. М.: Наука, 1976. 239 с.

40. Тектоническая карта Охотоморского региона масштаба 1:2500000 /Ред. Н.А.Богданов, В.Е.Хаин. М.: Федеральная служба геодезии и картографии России, 2000.

41. Трубицын В.П., Шапиро М.Н., Рыков В.В. Численное моделирование доплиоценовых мантийных течений в области сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг // Физика Земли. 1998. N4. С. 10-19.

42. Уилли Р.Дж. Петрогенезис и физика Земли // Эволюция изверженных пород. М.: Мир, 1983. С. 468 - 503.

43. Успенский В.С., Шапиро М.Н. Позднечетвертичный ареальный вулканизм хребта Кумроч (Восточная Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1984. N3. С. 57-66.

44. Федорченко В.И., Абдурахманов А.И., Родионова Р.И. Вулканизм Курильской островной дуги:геология и петрогенезис. М.: Наука, 1989. 239 с.

45. Федорчук А.В. Океанические и островодужные комплексы в структуре Ирунейского аллохтона (Камчатка) // Тез.докл. школы-семинара "Тектоника и минерагения Северо-Востока СССР". Магадан, 15-19 декабря 1990. С. 224-226.

46. Хотин М.Ю. Эффузивно-туфово-кремнистая формация Камчатского мыса. М.: Наука, 1976. 196 с.

47. Хубуная С.А. Формационная принадлежность базальтов Кроноцкого полуострова (Восточная Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1981. N2. С. 36-48.

48. Цуканов Н.В. Новые данные по тектонике хребта Кумроч (Восточная Камчатка) // Докл. АН СССР. 1985. Т. 284. N5. С. 1205-1208.

49. Цуканов Н.В. Тектоническое развитие приокеанической зоны Камчатки в позднем мезозое - раннем кайнозое // М.: Наука, 1991. 104 с.

50. Цуканов Н.В., Зинкевич В.П. Тектоника хр. Кумроч (Восточная Камчатка) // Геотектоника. 1987. N6. С. 63-77.

51. Шеймович В.С., Патока М.Г. Геологическое строение зон активного кайнозойского вулканизма. М.: ГЕОС. 2000. 208 с.

52. Anderson R.N., DeLong S.E., Schwarz W.M. Geophysical and petrochemical cjnstraints at convergent plate bondaries. II. A thermal model for subduction with dehydration in the downgoing slab // J.Geol. 1978. V. 86. N 6. P. 731 - 739.

53. Avdeiko G.P., Volynets O.N., Antonov A.Yu., Tsvetkov A.A. Kurile island-arc volcanism:structural and petrological aspects // Tectonophysics. 1991. V. 199. P. 271-287.

54. Brophy J.B., Marsh B.D. On the origin of high-aluminia arc basalts and mechanics of melt extraction // Journ. Petrology. 1986. V.27. P. 763-789.

55. Delany Y.M., Helgeson H.C. Calculation of the thermo-dynamic consequences of hydratation of subduction oceanic crust to 100 kbar at 800^oC // Amer. J. Sci. 1978. V. 278. N 5. Р. 638 - 686.

56. Gill J.B. Orgenic andesites and plate tectonics. Berlin: Springer, 1981. 396 pp.

57. Green Т.Н. Island arc and continental-building magmatism - a review of petrogenic models based on experi-mental petrology and geochemistry // Tectonophysics. 1980. V. 63. N4. P. 367-385.

58. Green Т.Н., Ringwood A.E. Genesis of the calc-alcaline igneous rock suite // Contr. Mineral. Petrol. 1968. V. 18. N2. Р. 105- 162.

59. Hasebe K., Fuоji N. Uyeda S. Termal processes under island arcs // Tectonophysics. 1970. V. 10. N 1- 3. P. 335 - 355.

60. Honda S., Uyeda S. Thermal process in subduction zones - a review and preliminary approach on the origin of arc volcanism // Arc volcanism: physics and tectonics. Tokio: TERRAPUB, 1983. P. 117-140.

61. Hsui A.T., Toksoz M.N. The evolution of thermal structure beneath a subduction zone // Tectonophysics. 1979. V. 60..N 1. P. 43 - 60.

62. Hsui A., Marsh B.D., Toksoz N. On melting of the subducted oceanic crust: effects of subduction induced mantle flow // Tectonophysics. 1983. V. 99. P. 207-220.

63. Kay R.W. Volcanic arc magma genesis: Implications for element recycling in the crust-upper mantle system // Journal of Geology. 1980. V.88. P. 497-552.

64. Kitahara S.S., Takenouchi S., Kennedy G.C. Phase relations in the system Mg-SiO₂-H₂O at high temperatures and pressures // Am. J. Sci. 1966 V. 264..N 2. P. 223 - 233.

65. Kobayashi K. Fore-arc volcanism and cycles of subduction // Arc Volcanism:Physics and Tectonics. Preceedings of a 1981 IAVCEI Symposium August-September, 1981. Terra Scientific Publishing Company. Tokyo, 1983. P. 153-163.

66. Kuno H. Lateral variation of the basalt magma type across continental margins and island arcs // Bull.Volcanol. 1966. V. 29. P. 195-222.

67. Kushiro I. On the nature of silicate melt and its significance in magma genesis in the shift on the liquids boundaries involving olivine, pyroxene and silica minerals // Am.J. Sci. 1975. V. 275. N 4. P. 411-431.

68. Kushiro I. On the lateral variations in chemical composition and volume of Quaternary volcanic rocks across Japanese arcs // J.Volcanol. Geotherm. Res. 1983. V. 18. P. 435-447.

69. Lambert I.B., Wyllie PJ. Melting of gabbro (quartz eclogite) with excess water to 35 kilobars, with geologi-cal applications // J. Geol. 1972. V. 80. N 6. Р. 693 - 708.

70. Lees J.M., Davaille A. Heat transport in the torn edge of the Pacific slab in Kamchatka // Recent volcanism of the Kurile-Kamchatkan and Alaska-Aleutian island arcs: the questions of volcanic hazard, tsunami hazard, magma genesis, earthquakes, geodynamics: comparative analysis. Abstracts of International Seismic Workshop on Kamchatkan-Aleutian Subduction Processes. Petropavlovsk-Kamchatsky, 1998. P. 65-66.

71. Marsh B.D. Mechanics of Benioff zone magmatism // The Geophysics of the Pacific Ocean Basin and its margin. Geophys. Monogr. 1976. V. 19. P. 337-350.

72. Marsh B.D., Carmichael I.S.E. Benioff zone magmatism // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. N 8. Р. 1196 -1206.

73. McBirney A.R. Andesitic and rhyolitic volcanism of orogenic belts // Earth's Crust and Upper Mantle. Geophys. Monogr. Ser.V.13, (P.J. Hart ed)., AGU Washington D.C. 1969. P. 501-506.

74. McCulloch M.T., Gamble J.A. Geochemical and geodynamical constraints of subduction zone magmatism // Earth and Planet. Sci. Lett. 1991. V. 102. N3/4. P. 358 - 374.

75. Myashiro A. Volcanic rock series in island arcs and active continental margins // Amer. J. Sci. 1974. V. 274. No.4. P. 321-355.

76. Nichols I.A., Ringwood A.E. Production of silica-saturated magmas in Island arcs // Earth Planet. Sci. Lett. 1978. V. 17. P. 243-246.

77. Peacock S.M. Fluid process in subduction zones // Science. 1990. V. 248. N 4953. P. 329 - 337.

78. Peacock S.M., Rushmer T, Thompson A.B. Partial melting of subducting oceanic crust // Earth and Planetary Science Letters. 1994. V. 121. P. 227-244.

79. Ringwood A.E. Slab-mantle interactions.3. Petrogenesis of intraplate magmas and structure of the upper mantle // Chem.Geol. 1990. V. 82. P. 187-207.

80. Ryerson F.J., Watson E.B. Rutile saturation in magmas: Implications for Ti-Nb-Ta depletion in island-arc arc basalts // Earth Planet. Sci. Lett. 1987. V. 86. P. 225-239.

81. Sugimura A., Matsuda T., Chinzei K., Nakamura K. Quantitative distribution of late Cenozoic volcanic materials in Japan // Bull.Volcanol. 1963. V. 26. P. 125-140.

82. Tatsumi Y. Migration of fluid phases and genesis of basalt magmas in subduction zones // J.Geophys. Res. 1989. V. 94. NB4. P. 4697-4707.

83. Tatsumi Y., Furukawa Y. Kogiso T. et al. A third volcanic chain in Kamchatka: thermal anomaly at transform/convergence plate boundary // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. No.7. P. 537-540.

84. Tatsumi Y., Hamilton D.L., Nesbitt R.W. Chemical characteristics of the fluid phase released from a subducted lithosphere and the origin of arc magmas: evidence from high pressure experiments and natural rocks // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1986. V. 29. N 1-4. P. 293- 309.

85. Tatsumi Y.,Kogiso T., Nohda S. Formation of a third volcanic chain in Kamchatka: generation of unusual subduction-related magmas // Contrib Mineral. Petrol. 1995. V. 120. P. 117 - 128.

86. Toksöz M.N., Hsui A.T. A review of the thermal-mechanical structures at convergent plate boudaries and their implications for crust/mantle recycling // Crust/mantle recycling at convergence zones. Dordrecht: Kluwer Acad. Pub., 1989. P. 75 - 80.

87. Toksoz M.N., Minear J. W., Julian ВЯ. Temperature field and geophysical effect of a downgoing slab // J. Geophys. Res. 1971. V. 76. N5. P. 1113-1138.

88. Van den Beukel J.. Wortel R. Temperature and shear stresses in the upper part of subduction zone // Geophys. Res. Lett. 1987. V. 14. P. 1057-1060.

89. Volynets O.N. Geochemical types, petrology and genesis of Late Cenozoic volcanic rocks from the Kurile-Kamchatka island-arc system // Intern. Geol. Rev. 1994. V. 36. P. 373-405.

90. Watts A.B. Gravity field of the Northwest Pacific Ocean basin and its margin: Aleutian island-arc trench system:Geological Society of America Map and Chart Series, MC-10, 1975.

91. Watts A.B., Kogan M.G., Bodine J.H. Gravity field of the Northwest Pacific Ocean basin and its margin:Kuril island arc-trench system:Geological Society of America Map and Chart Series, MC-27. 1978.

92. Wood D.A. A variably veined suboceanic upper mantle - Genetic significanse for mid-ocean ridge basalt from geochemical evidence. // Geology. 1979. V. 7. P. 499-503.

93. Yogodzinsky G.M., Volynets O.N., Seliverstov N.I. Magnesian andesites and the subduction component in a strongly calcalkaline series at Piip Volcano, far western Aleutians // Journal of Petrology. 1994. V. 34. P. 163-204.

94. Yogodzinski G.M., Kay R.W., Volynets O.N., Koloskov A.V., Kay S.M. Magnesian andesite in the western Aleutian Komandorsky region: Implications for slab melting and processes in the mantle wedge // GSA Bulletin. 1995. V. 107. N5. P. 505-519.

Введение

Несмотря на длительную историю изучения вулканизма островных дуг (ОД) и активных континентальных окраин, геотектонических позиций и глубинного строения зон его проявления некоторые аспекты генерации магм и формирования геохимических характеристик магматических пород все еще остаются в значительной мере неопределенными. Ключевыми являются два основных вопроса: 1 - что является источником магм (т.е. что плавится и где)? и 2 - что является причиной плавления - дополнительное тепло, снижение давления или привнос флюидов?

Со времени появления модели субдукции сформировались две основные точки зрения на процесс генерации магм в ОД и активных континентальных окраинах, обзор дан в ряде публикаций [2,57]. Согласно одной, плавление происходит за счет дополнительного тепла трения. При этом одни авторы [54,58,71,72] полагают, что плавится субдуцируемая океаническая кора, другие [63,76] - что плавится как океаническая кора, так и основание мантийного клина. По другой точке зрения плавится вещество мантийного клина над субдуцируемой пластиной под воздействием воды и других летучих компонентов, отделяющихся от поддвигаемой океанической коры [37,56,67,73,82 и др.].

В последнее время появились данные о том, что, хотя основной объем магм формируется в пределах мантийного клина под воздействием летучих компонентов, т.е. в соответствии со второй точкой зрения, но в некоторых условиях наблюдается частичное плавление океанической коры с формированием своеобразных известково-щелочных пород, объединяемых под термином "адакиты", которые, по сравнению с типичными ОД-породами, характеризуются высокими концентрациями Mg, Sr, K, низкими концентрациями тяжелых РЗЭ, Ni, Cr, соответственно, высокими отношениями La/Yb, Sr/Y и низкими FeO/MgO, K/La, Ba/La и некоторыми другими параметрами [78,93,94].

Курило-Камчатская островодужная система является хорошим регионом для реконструкции условий генерации магмы. Здесь наблюдается большое разнообразие островодужных серий вулканических пород, включая породы с адакитовой тенденцией. Камчатка является единственным в мире районом, где в Срединном хребте имеется современный вулканический пояс или вулканическая дуга с глубиной до современной сейсмофокальной зоны более 300 км [6,83], тогда как в пределах других островных дуг и активных континентальных окраин максимальная глубина до сейсмофокальной зоны под тыловыми вулканами не превышает 200-220 км. И, наконец, на Камчатке, наряду с типичными островодужными сериями, довольно широко распространены породы внутриплитного геохимического типа [89].

Структурно-тектонические обстановки проявления вулканизма и геодинамические параметры зон субдукции также различны вдоль и вкрест Курило-Камчатской ОД-системы. Здесь имеются участки с прямой и косой субдукцией, участки поддвигания Тихоокеанской плиты с нормальной и утолщенной океанической корой, а также зона стыка Курило-Камчатской и Алеутской дуг с трансформной границей между Тихоокеанской и Североамериканской плитами [4,6].

Настоящая статья представляет собой попытку систематизации пространственно-структурных и петролого-геохимических данных по соотношению тектонического развития и вулканизма Курило-Камчатской островодужной системы с целью реконструкции условий магмообразования и петролого-геохимической специфики вулканических пород.

Вулканические дуги Курило-Камчатской системы

Рис. 1

Под вулканической дугой понимается часть ОД или активной континентальной окраины, где проявляется вулканизм над зоной субдукции. Вкрест простирания ОД и активных окраин континентов выделяются следующие субпараллельные структурные элементы: глубоководный желоб, фронтальная (невулканическая, тектоническая) дуга, междуговой прогиб, вулканическая дуга, задуговой прогиб. Вулканическая дуга может быть представлена двумя вулканическими зонами и зоной ослабления вулканической активности между ними [1,53,83]. Одним из основных элементов вулканической дуги является вулканический фронт, который представляет собой линию, соединяющую вулканические центры, наиболее близко расположенные к глубоководному желобу. В генетическом смысле это линия, за которой создаются условия для плавления либо в пределах мантийного клина [2,82], либо в верхней части поддвигаемой плиты [62,71].  

В пределах Курило-Камчатской ОД-системы распространены, по крайней мере, три разновозрастных вулканических комплекса надсубдукционного типа (Рис.1). На Западной Камчатке это палеоценовые покровные и субвулканические фации пород от андезибазальтов до дацитов, обнажающиеся в междуречье Коль - Большая Воровская (черепановская толща), и группы эоценовых вулканических и субвулканических комплексов формационного ряда от базальтов до риолитов, протягивающихся по западному побережью и Парапольскому долу [25].

В пределах Срединного хребта Камчатки и на Юго-Восточной Камчатке широко распространены верхнеолигоцен-миоценовые эффузивно-экструзивные и пирокластические комплексы пород от базальтов до дацитов и риодацитов с преобладанием андезитов и андезидацитов. Среди них встречаются породы как нормального, так и щелочного ряда - трахибазальты, трахиандезиты и др. Подробная геологическая и петрогеохимическая характеристика этих пород приведена в работах В.С.Шеймовича, М.Г.Патоки [22,51] и Н.В.Огородова с соавторами [21]. Аналогичные вулканические породы ОД-типа распространены и на островах Большой Курильской гряды [35,39,44].

В этих же районах, а также на Восточной Камчатке распространены и плиоцен-четвертичные вулканогенные ОД-комплексы (см. рис.1). Состав пород меняется от базальтов до риолитов, однако, соотношения пород разного состава в Курильском и Камчатском сегментах системы различны [13,31, 36,44]. На Курилах, в целом, преобладают андезибазальты и андезиты (60-70%), тогда как на Камчатке наиболее распространены базальты и основные андезибазальты (~50%) при более высокой доле кислых пород по сравнению с Курилами [13,32].

Как уже отмечалось выше, необычным является то, что в составе позднекайнозойских вулканических пород Камчатки встречаются лавы внутриплитного геохимического типа, выявленные и изученные О.Н.Волынцом [89]. Среди внутриплитных вулканических серий Камчатки установлены K-Na щелочнобазальтовая (позднемиоценового возраста на Восточной Камчатке); K-Na щелочнооливинбазальтовая (плиоценового возраста на Восточной Камчатке и позднеплиоцен-голоценового возраста в Срединном хребте - в виде зоны ареального вулканизма); K-Na базальт-комендитовая (плиоцен-раннеплейстоценового возраста в Срединном хребте); К-щелочнобазальтовая и шошонит-латитовая (позднемиоцен-плиоценового возраста на Западной Камчатке).

В пределах Курил и Южной Камчатки отчетливо проявлены две вулканические зоны - фронтальная и тыловая, параллельные глубоководному желобу, с зоной ослабления вулканической активности между ними [1,53]. В пределах вулканической дуги Восточной Камчатки вулканический пояс Центральной Камчатской депрессии является тыловой зоной по отношению к вулканитам Восточного хребта, которые относятся к фронтальной зоне. Во всяком случае, для этих зон в целом характерны такие же закономерности петрогеохимической зональности, как и для Курил и Южной Камчатки [12,13,21,89].

Принципиальным с точки зрения условий магмообразования является вопрос о природе миоцен-четвертичного вулканического пояса Срединного хребта. Одни авторы считают его отдельной вулканической дугой, связанной с самостоятельной зоной субдукции, которая в настоящее время прекратила свое существование, так как оказалась заблокированной в результате причленения к Камчатке Восточных полуостровов [4,5,27,29,41]. В ней так же, как и на Курилах, Южной и Восточной Камчатке выделяются две вулканические зоны. По мнению других авторов, вулканический пояс Срединного хребта связан с современной Курило-Камчатской зоной субдукции и является третьей вулканической зоной, тыловой по отношению к Восточной вулканической зоне и вулканической зоне Центральной Камчатской депрессии [38,83,85].