Петрогенезис игнимбритов Якутинской вулканоструктуры (Приморье)

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Проблема игнимбритов и игнимбритового вулканизма вызывает большой интерес практически с начала XX века в связи с тем, что подобные породы, с одной стороны, покрывают огромные площади Италии, Японии, Калифорнии, Новой Зеландии, Камчатки и Приморья и др., а с другой они связаны с катастрофическим (катмайским) типом извержений. В работах, посвященных проблемам игнимбритообразования, представлены самые различные, зачастую противоречивые взгляды не только на происхождение, но и на сам механизм подобных извержений.

В отечественной литературе при изучении игнимбритового вулканизма основное внимание уделялось рассмотрению геолого-структурных особенностей игнимбритов (Заварицкий, 1947; Петров, 1957; Шеймович, 1979; Леонов, 1998 и др.), их петролого-геохимическим характеристикам (Гриб, Леонов, 1992, 1993 и др.), реже вопросам их генезиса (Маракушев, Яковлева, 1992; Покровский, Волынец, 1999 и др.). В зарубежной литературе более активно обсуждались вопросы, касающиеся условий дифференциации силикатных игнимбритообразующих расплавов в магматических камерах (Smith, 1979; Heldrith, 1981).

В настоящее время назрела необходимость в постановке более детальных исследовательских работ на конкретных геологических объектах с систематической подборкой геологического материала и использованием новейших аналитических методик.

Предшествующие работы по петрологии эффузивных пород Восточно-Сихотэ-Алинского вулканического пояса показали, что лаво-пирокластические образования (игнимбриты) богопольского комплекса, сформированные в раннем палеогене, являются наиболее интересными для изучения механизма близповерхностной и поверхностной (при извержении и остывании на земной поверхности) дифференциации кислых магматических расплавов (Быковская, 1959; Баскина, 1969; Фремд, Рыбалко, 1972; Ветренников, 1976; Михайлов, 1989; Попов, Гребенников, 1995; Popov, Grebennikov, 1997; Grebennikov, 1998). Если к настоящему времени накоплены детальные материалы по геологической характеристике игнимбритовых толщ, то вопросы детального их расчленения, условий образования, флюидного режима, изотопно-геохимической эволюции по-прежнему остаются дискуссионными.

Основным объектом для изучения была выбрана Якутинская вулканоструктура, расположенная на границе двух крупнейших рудных районов Приморья - Кавалеровского и Дальнегорского, в которой наиболее полно развиты все фациальные разновидности пород богопольского комплекса. Полученные данные по вещественному составу пород, слагающих вулканоструктуру, позволили рассмотреть вопросы игнимбритового магматизма и обсудить проблему генезиса и эволюции игнимбритообразующих расплавов.

Цель и задачи работы. Основная цель работы - выявление особенностей игнимбритового магматизма богопольского вулканического комплекса на примере Якутинской вулканоструктуры. В задачу исследований входило:

1. Выяснение геолого-структурного положения и последовательности формирования богопольского вулканического комплекса - особенностей строения, состава и взаимоотношений вулканических пород и их субвулканических комагматов.

2. Уточнение возраста разнофациальных магматических пород комплекса на основе данных Rb-Sr изотопии.

3. Минералогическая и петролого-геохимическая характеристика вулканитов и оценка основных физико-химических параметров их кристаллизации.

4. Разработка возможных механизмов формирования геохимической зональности силикатного расплава в магматическом очаге Якутинской вулканоструктуры.

Фактический материал и методика исследований. В основу диссертации положен материал личных полевых и лабораторных исследований вулканических образований южной части Восточно-Сихотэ-Алинского вулканического пояса, проведенных автором с 1992 по 2002 гг. в лаборатории петрологии вулканических формаций ДВГИ ДВО РАН. Собрана оригинальная коллекция геологического каменного материала, представляющая основные петрографические типы магматических пород Якутинской вулканоструктуры. При лабораторных исследованиях было проведено петрографическое изучение в шлифах, микрофотографирование, детальное микрозондовое исследование состава минералов пород вулканоструктуры. Химические составы минералов (более 150) были определены на электронном микроанализаторе EPMA (JEOL - 8800M), геохимия магматических пород была изучена с помощью метода рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (XRF), а также стандартного химического метода ("мокрой" химии). Проводился нейтронно-активационный анализ образцов вулканического стекла. С целью определения возраста пород и первичных Sr изотопных отношений, выполнено изучение изотопов Sr в магматических породах вулканоструктуры. При определении температур кристаллизации породообразующих минералов использовались различные минеральные геотермометры. Для оценки состава флюидной фазы на магматической, постмагматической и гидротермальной стадиях развития исследуемогокомплекса использовался метод газовой хроматографии. Анализы выполнялись в ДВГИ ДВО РАН, а также в университете Шимане (г. Матсуе, Япония, 1996-1998 гг.), где автор проходил стажировку и защитил степень магистра (Master of Science in Geology); и в отделе геологии и геофизики Калифорнийского университета (г. Беркли, США).

В работе были использованы литературные и фондовые материалы по регинальному геологическому и структурному картированию и геохимическому изучению изверженных пород Якутинской вулканоструктуры (Ветренников, 1976; Сапожников, и Совгир, 1963; Чебанов, 1964; Набродов, и др., 1966; Кузнецов, и др., 1985; Матюнин, и др., 1986; Матюнин, 1988; Михайлов, 1989).

Научная новизна работы.

• Впервые установлено наличие отчетливых минералого-геохимических различий состава последовательно сформированных покровов игнимбритов, сваренных и спекшихся туфов риолитов в нескольких циклах вулканических извержений Якутинской вулканоструктуры.
• Показано, что различие в составе магм разных циклов связано с поступлением их из зональной камеры, что обусловлено обогащением флюидными компонентами верхней части магматического очага и, соответственно, перераспределением подвижных микро- и макрокомпонентов в магматическом расплаве по типу флюидно-магматической дифференциации.
• Впервые получены данные по Rb - Sr абсолютному возрасту магматических пород Якутинской вулканоструктуры. Установлено, что абсолютный возраст вулканических пород, завершающих разрез богопольской свиты, составляет 59.7 - 52.9 млн. лет (палеоцен-раннийэоцен). Это позволяет уточнить положение богопольской свиты в региональной стратиграфической схеме.
• Предложен механизм формирования Якутинской вулканоструктуры. Показано, что извержения происходили в результате периодического накопления в промежуточных очагах водорода и катастрофических взрывов "гремучей смеси" при его окислении.
  

Апробация работы. Результаты работы докладывались на XXXIV юбилейной научно-технической конференции ДВГТУ в 1994 г. (г. Владивосток), на международной полевой конференции 1998 г. (г. Владивосток), на научной конференции студентов и молодых сотрудников ДВГИ в 2000 г. (г. Владивосток), а также на сессии "Новые данные по геологии Востока Азии и Западной Пацифики" ДВГИ ДВО РАН 2002 г. (г. Владивосток). Автор по теме исследования защитил диссертацию на соискание степени Master of Science in Geology в Университете Шимане, г. Матсуе, Япония (1998).

По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, __ глав и заключения. Объем работы составляет __ страниц, __ рисунков и __ таблиц. Список литературы включает __ наименований.

Работа выполнена в лаборатории петрологии вулканических формаций ДВГИ ДВО РАН под руководством ведущего научного сотрудника к.г.-м.н. В.К. Попова, и в Шимане ун-те (Япония) под руководством профессора Й. Савады, которым автор выражает свою глубокую признательность.

Проведение аналитических исследований было бы невозможно без всесторонней поддержки чл.-корр. РАН А.И. Ханчука и д.г.-м.н. О.В. Чудаева.

Автор выражает признательность д.г.-м.н. С.А. Щеке и к.г.-м.н. С.О. Максимову за многочисленные советы и критические замечания на всех этапах работы над диссертацией и д.г.-м.н. В.Г. Сахно, принявшему непосредственное участие в постановке темы, а также д.г.-м.н. Ю.А. Мартынову, к.г.-м.н. В.Ф. Полину, к.г.-м.н. Ф.И. Ростовскому и А.А. Чащину.

Автор благодарен также В.Г. Судзеловской, Л.С. Цуриковой - за помощь в обработке материала и техническое оформление работы; и всему коллективу аналитического центра и его руководителю к.г.-м.н. А.В. Игнатьеву - за аналитическое обеспечение исследований

При проведении работ автор ощущал поддержку и содействие геологов ФУГГП "Поисково-съемочная экспедиция" (г. Владивосток) - С.В. Коваленко, Т.К. Кутуб-Заде и Л.А. Пежениной.

Символы принятые в работе:

• Q - кварц
• Bi - биотит
• Kfs - калишпат
• Ol - оливин
• Pl - плагиоклаз
• Fa - фаялит
• Amph - амфибол
• Ilm - ильменит
• Opx - ортопироксен
• Snd - санидин
• Cpx - клинопироксен
• Or - ортоклаз
• An - анортит
• All - ортит
• Zr - циркон
• Mgt - магнетит

Индекс обозначает:

железистость - fe* = 100%x (Fe²⁺+Fe³⁺)/(Fe²⁺+Fe³⁺+Mg)

глиноземистость - al* = Al₂O₃/CaO+Na₂O+K₂O (мол.кол)