Содержание к диссертации
стр.
Введение 3
Глава 1. Геологическое строение, тектоническое и формационное рай
онирование Камчатки 11
Глава 2. Детальное геологическое строение участков с фрагментами
океанической коры 36
Глава 3. Вещественный состав и геодинамическая природа вулканитов
альб-сеноманского возраста 80
Глава 4. Мезозойские палеоокеанические комплексы северо-восточной
окраины Азии 120
Глава 5. Палеореконструкции для северо-запада Тихого океана и связь
офиолитов п-ова Камчатский Мыс с раннемеловой историей Гавайского ман
тийного плюма 129
Заключение 139
Список литературы 142
Введение к работе
Геологическое строение Курило-Камчатской островодужной системы, начиная с позднего мела, обусловлено субдукцией океанических плит и аккрецией разнородных блоков. Анализу развития Камчатского сегмента зоны перехода континент - океан посвящено много работ последних двух десятилетий, часть из них посвящены мезозойско-раннекайнозойскому этапу. Наиболее полно эволюция Камчатки на этом этапе представлена в работах [33, 40, 43, 101]. Накоплен большой материал по петрохимической характеристике и изотопному составу меловых и палеогеновых островодужных вулканитов. Значительно слабее изучены комплексы, образовавшиеся в океанических условиях. Офиолитовые ассоциации, присутствующие в основании многих островных дуг, имеют различное происхождение. Наиболее четкими критериями, по которым различается генезис офиолитовых ассоциаций, являются петрогеохимические характеристики входящих в них вулканитов.
В составе офиолитовых комплексов океанического происхождения кроме базальтов, образовавшихся, в срединно-океанических хребтах, присутствуют породы внутриплитного генезиса. Такая ассоциация является вполне закономерной, она отмечена в отдельных терреинах различного возраста по периферии Тихого океана - в Олюторском хребте [13], на Сахалине [74, 96]. Анализу и всесторонней характеристике данной ассоциации в пределах Восточной Камчатки - внутриплитных вулканитов и базальтов срединно-океанических хребтов мелового возраста посвящена данная работа.
Изучение данной темы затрагивает несколько крупных проблем, касающихся развития зоны перехода континент - океан. Одна из таких проблем - определение геодинамических обстановок формирования офиолитовых комплексов, разделение офиолитов срединно-океанических хребтов и над-субдукционных образований. В силу своей металлогенической специализации (перспективности на хромиты, платиноиды) гипербазитовые фрагменты
древних офиолитовых комплексов изучены на данный момент значительно лучше других частей. В то же время, в современных комплексах лучше всего изучены вулканиты. Кроме того, на химизме вулканических пород, по сравнению с интрузивными, менее сказывается процесс фракционирования расплава, они более отражают состав исходных выплавок. Поэтому об условиях магмогенеза и геодинамических обстановках формирования комплексов предпочтительнее судить по составу эффузивных пород. В связи с этим, очень важным оказывается вопрос генетической связи отдельных частей офиолитовых разрезов. В условиях интенсивной тектонической переработки этот вопрос не всегда удается решить однозначно. При наличии различных точек зрения на строение отдельных участков автор основывает свои построения и выводы на данных геологических съемок, в том числе проводившихся с его непосредственным участием. По результатам геологической съемки [17, 18, 19], а также на основании собственных аналитических исследований, автор объясняет геохимическую неоднородность офиолитовых комплексов некоторых блоков сложностью геодинамической обстановки при их образовании, а не случайным тектоническим совмещением. Эта неоднородность служит доказательством эволюции магмообразования в процессе крупномасштабных горизонтальных перемещений литопластин океанической коры.
Другая крупная проблема, затронутая в данной работе — реконструкция палеоокеанических плит мелового возраста. Собственные данные автора касаются только вещественного состава и структуры слагающих эти плиты комплексов. Вопросы кинематики северо-западной части Тихого океана и Берингова моря, движения литосферных плит относительно Гавайской «горячей точки» рассмотрены во многих работах [35, 36, 104, 121]. Для Курило-Камчатского региона эти данные были обобщены в работе Н.И.Селиверстова [77], а конкретно для блоков полуостровов Кроноцкого и Камчатского Мыса - в работах Н.М. Левашовой [49, 50]. Анализ этих работ не позволяет одно-
значно восстановить всю кинематику плит для мела и кайнозоя. Согласно одному из принятых вариантов, в позднем мелу в зоне субдукции протяженной Ачайваям-Кумрочско-Валагинской дуги поглощалась плита Кула. Срединный хребет, разделявший плиты Тихоокеанскую и Кула, на границе раннего и позднего мела находился в низких широтах, в районе влияния Гавайского мантийного плюма. Находки пород альб-сеноманского возраста в ассоциации с высокотитанистыми базальтами в различных блоках Восточной Камчатки [17, 20], а также отдельно альб-сеноманских кремней и базальтов типа MORB в зонах серпентинитового меланжа, позволяют определить некоторые характеристики океанической коры соответствующего возраста. В данной работе проводится обзор распространенности фрагментов и анализ петрогеохимических характеристик вулканитов реконструируемой коры.
Ключевым участком, в пределах которого автором проводились наиболее детальные исследования, является южная часть п-ова Камчатский Мыс. Здесь в пределах небольшой площади наблюдается наиболее полный разрез палеоокеанической литосферы. Среди вулканических пород в этом разрезе присутствует несколько петрогеохимических типов - от низкокалиевых то-леитов до обогащенных и щелочных базальтов. Такая гетерогенность единой офиолитовой ассоциации может быть следствием влияния мантийного плюма на вулканизм срединного хребта [29]. Это подтверждается характеристиками щелочных базальтов - с геохимией внутриплитного типа. Возраст офиолитовых образований п-ова Каматский Мыс позволяет связать их именно с Гавайским плюмом. Наиболее северные фрагменты следа Гавайской «горячей точки» - гайоты Детройт и Мейджи - имеют возраста 81 и 85 млн. лет соответственно, а офиолиты южной части п-ова Камчатский Мыс - около 100 млн. лет. Это позволяет предполагать связь плюмовых образований Восточной Камчатки с раннемеловой деятельностью Гавайского мантийного плюма.
Актуальность проблемы. Исследование геологического строения мирового океана и прилегающих территорий является одним из приоритетных направлений современной геологической науки. Курило-Камчатская остро-водужная система принадлежит к числу территорий, на которых проверяются модели геологических процессов, происходящих на границе континент - океан. Фундамент, на котором развиты позднекайнозойские надсубдукционные пояса, включает образования различного генезиса — окраинно-континенталь-ного, островодужного, океанического. Вулканические комплексы, слагающие палеоостровные дуги, на данный момент изучены достаточно хорошо. Накоплен большой материал по геохимической характеристике и изотопному составу меловых и палеогеновых островодужных вулканитов. Значительно слабее изучены блоки, включающие океанические и внутриплитные базальты. Изучение вулканических пород альб-сеноманского возраста, обнажающихся в некоторых блоках в структурах Восточной Камчатки, позволяет реконструировать параметры океанических плит, поглощавшихся в мелу и палеогене в зонах субдукции, определить роль внутриплитных вулканитов в составе этих плит. Это, в свою очередь, помогает лучше понять петрологическую сторону процессов, происходящих в различных геодинамических обстановках, а также характер эволюции северо-западного обрамления Тихого океана.
Цель и задачи работы. Основной целью работы является выяснение состава и генезиса фрагментов палеоокеанической коры мелового возраста, включенных в фундамент Восточной Камчатки, а также роли, которую играют в составе этой коры внутриплитные вулканические образования.
Для достижения поставленной цели понадобилось решить следующие задачи:
1 - выяснить распространенность вулканитов альб-сеноманского возраста в структурах Восточной Камчатки, их формационную принадлежность и связь с осадочными комплексами, 2 - определить петрогеохимические и
минералогические характеристики вулканитов, сравнить их с современными породами океанического и внутриплитного генезиса, 3 - создать модель геологического развития региона, учитывающую вновь полученные материалы.
Фактическая основа работы. В основу работы положены материалы, собранные автором в процессе выполнения геологосъемочных маршрутов при проведении ГДП-200 в 1993 — 2000 годах на Восточных полуостровах и в хребте Кумроч, опубликованные и фондовые материалы листов Госгеолкар-ты м-ба 1:200 000, в составлении которых принимал участие автор, а также материалы полевых работ 2002 года от Лаборатории подводного вулканизма и морской геологии ИВГиГ.
В ходе работы автором было просмотрено около 1000 прозрачных шлифов, из них детально описано более 300. Петрохимические, геохимические и минералогические особенности вулканических пород изучались на основе около 180 образцов базальтов. Из них сделано около 70 анализов на петрогенные окислы и 38 на редкие и редкоземельные элементы, более 400 микрозондовых анализов минералов. Анализы выполнены методами XRF и ISP в Центре морских геонаук GEOMAR и в Университете г. Киль, Германия (GEOMAR Research Center for Marine Geosciences Cristian Albrecht University), а также методом ISP в Геохимической Лаборатории Центра Гео-Наук, г. Потсдам, Германия (GeoForschungs Zentrum Potsdam, Geochemical Laboratory). Часть образцов проанализирована на содержание петрогенных окислов и Rb, Sr, Zr, Y в Лаборатории химического и спектрального анализа ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург). Химический состав породообразующих минералов в вулканических породах определялся на электронном микроанализаторе "Camebax-microbeam", оборудованном энерго-дисперсионым спектрометром "Kevex" в Институте вулканологии ДВО РАН, состав шпинелей из базальтов и расплавных включений в шпинелях определялся на электронном микроанализаторе Cameca SX50 в Центре морских геонаук GEOMAR. Содержания редких элементов во включениях были определены методом
вторично-ионной масс-спектрометрии в ИМиИ РАН (г. Ярославль, Россия) на приборе Cameca ims-4f.
Кроме собственного каменного материала использованы образцы, отобранные сотрудниками Кроноцкой партии Камчатской ПСЭ — М.Е.Бояриновой, Н.А.Вешняковым, Р.М.Новаковым, В.Щенниковым, С.С.Грашовень.
Научная новизна работы определяется следующим:
Установлены закономерности строения и особенности состава наиболее древних достоверно датированных образований Восточной Камчатки. Для этого новейшими аналитическими методами получены петрогеохимиче-ские характеристики вулканитов альб-сеноманского возраста, определен химический состав породообразующих минералов и состав расплавных включений в шпинелях, проведена типизация вулканических серий и сравнение их с современными аналогами.
На ключевом участке показан плюмовый характер офиолитовой ассоциации, объединяющей различные слои палеоокеанической литосферы.
Возраст и состав внутриплитных образований позволяют считать их наиболее северным звеном Гавайско-Императорской вулканической цепи, что дает возможность реконструировать наиболее ранний этап развития Гавайского мантийного плюма.
Предложена модель развития вулканизма и тектогенеза на северозападной окраине Тихого океана, начиная от раннего мела.
Практическое значение работы. Данные по геохимии вулканических пород и составу породообразующих минералов могут служить основой для формационных и петрологических построений. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при составлении тектонических карт и палеогеодинамических реконструкций Камчатки и северо-запада Тихого океана. Анализ распространенности палеоокеанических комплексов в структурах Восточной Камчатки позволяет делать прогноз на нахождение связан-
ных с ними полезных ископаемых - железо-марганцевых руд. Исследования автора были использованы в подготовленных к изданию Объяснительных записках Государственной геологической карты Российской Федерации м-ба 1:200 000, Серия Восточно-Камчатская, издание второе (листы 0-58-XXVI, XXXI, XXXII; N-57-VI, N-58-I; N-57-XII, N-58-VII, N-57-XVIII) [17, 18, 19].
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались автором на научных конференциях: в ИВГиГ на конференции, посвященной дню вулканолога (Петропавловск-Камчатский, 1-2 апреля 2003 г.), на IV Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, МГТРУ, 8-22 апреля 2003 г.); отдельные положения работы докладывались на 3-ем международном рабочем совещании по проекту № 455 Международной Программы Геологической Корреляции (IGCP) (Петропавловск-Камчатсий, 24-25 августа 2003 г.) и на II Всероссийском симпозиуме по вулканологии и палеовулканологии (Екатеринбург, 9-12 сентября 2003 г.).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 155 листах машинописного текста. Она содержит 22 рисунка и 6 таблиц. Библиография включает 133 наименования.
Защищаемые положения:
Амфиболиты, гипербазиты, габбро, титанистые базальты, кремни альб-сеноманского возраста, развитые в составе аккреционных комплексов Восточной Камчатки, составляют единую офиолитовую ассоциацию, характеризующую меловую палеоокеаническую литосферу.
На полуострове Камчатский Мыс наблюдается наиболее полный разрез палеоокеанической коры. Геохимические и минералогические характеристики различных частей этого офиолитового комплекса позволяют восстановить обстановку его формирования - в аномальном участке срединно-океанического хребта над мантийным плюмом.
В южной части полуострова Камчатский Мыс реконструируется
фрагмент продолжения Гавайско-Императорской цепи, характеризующий раннемеловую историю Гавайского плюма.
Автор приносит свою благодарность научному руководителю профессору Г.П. Авдейко (ИВГиГ ДВО РАН) за консультации и практическую помощь в процессе подготовки данной работы и М.В.Портнягину (ГЕОХИ) за поддержку и неоценимую помощь. Я искренне признателен коллегам за поддержку, ценные советы и замечания во время совместных полевых и камеральных работ в разные годы: М.Е. Бояриновой, Б.И. Слядневу, B.C. Успенскому («Камчатская ПСЭ»), М.Н. Шапиро (ОИФЗ), Б.А. Марковскому (ВСЕ-ГЕИ), Н.В. Цуканову (Ин-т океанологии им. Ширшова), геологам Кроноцкой партии: Н.А. Вешнякову, P.M. Новакову, С.С. Грашовень, А.Г. Коркину. Автор благодарит Е.Г. Сидорова, С.А. Хубуная (ИВ ДВО РАН) за консультации и помощь в организации аналитических исследований.
