Научная статья на тему 'Голоценовая тефра острова Матуа (Центральные Курильские острова): идентификация и состав транзитных пеплов'

Голоценовая тефра острова Матуа (Центральные Курильские острова): идентификация и состав транзитных пеплов Текст научной статьи по специальности «Геология»

107
36
Поделиться
Ключевые слова
ТЕФРА / ГЕОХИМИЯ / ЦЕНТРАЛЬНЫЕ КУРИЛЬСКИЕ ОСТРОВА

Аннотация научной статьи по геологии, автор научной работы — Дегтерев Артем Владимирович

Представлены результаты изучения транзитных пеплов, обнаруженных на территории о-ва Матуа (Центральные Курильские острова). На основании изучения распределения и содержания петрогенных оксидов и микроэлементов проведена их идентификация и рассмотрены особенности вещественного состава, которые могут быть использованы при проведении дальнейших тефрохронологических исследований в регионе.

The Holocene tephra record of the Matua Island (Central Kurile Islands): identity and composition of the transition ashes

This paper gives the results of study of transition layers discovered in the Matua Island (Central Kurile Islands). On the basis of pertrogenic oxides and microelements distribution and content completed its identifi cation and presented features of the composition which may be used for the next tephrochronological studies in the region.

Текст научной работы на тему «Голоценовая тефра острова Матуа (Центральные Курильские острова): идентификация и состав транзитных пеплов»

Вулканология

Вестник ДВО РАН. 2013. № 3

УДК 551.21 А.В. ДЕГТЕРЕВ

Голоценовая тефра острова Матуа (Центральные Курильские острова): идентификация и состав транзитных пеплов

Представлены результаты изучения транзитных пеплов, обнаруженных на территории о-ва Матуа (Центральные Курильские острова). На основании изучения распределения и содержания петрогенных оксидов и микроэлементов проведена их идентификация и рассмотрены особенности вещественного состава, которые могут быть использованы при проведении дальнейших тефрохронологических исследований в регионе.

Ключевые слова: тефра, геохимия, Центральные Курильские острова.

The Holocene tephra record of the Matua Island (Central Kurile Islands): identity and composition of the transition ashes. A.V. DEGTEREV (Institute of Marine Geology and Geophysics, FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk).

This paper gives the results of study of transition layers discovered in the Matua Island (Central Kurile Islands). On the basis of pertrogenic oxides and microelements distribution and content completed its identification and presented features of the composition which may be used for the next tephrochronological studies in the region.

Key words: tephra, geochemistry, Central Kurile Islands.

В последние десятилетия проведение разноплановых геологических (в том числе вулканологических, палеогеографических, стратиграфических и др.) реконструкций в рамках четвертичного времени невозможно представить без тефрохронологических исследований. Зачастую им отводится одна из ключевых ролей. Обусловлено это тем, что тефра обеспечивает надежное датирование, корреляцию и синхронизацию различных природных событий и ассоциированных с ними отложений и при этом дает беспрецедентно высокое временное разрешение [1, 7-10, 12, 14, 19].

При проведении тефрохронологических исследований, направленных на реконструкцию истории эруптивной деятельности вулканов, идентификация пеплов является одним из самых важных этапов, определяющих качество и объективность конечных результатов. Наиболее эффективен и надежен для решения данной проблемы комплексный подход, сочетающий в себе данные различных методов: стратиграфических, литологических, геохимических, минералогических и др. [12, 14]. Однако нередко по ряду объективных причин (недостаточное количество точек наблюдения, плохая сохранность отложений, слабая изученность соседних вулканов, ограниченное время работы и т.п.) проблему идентификации вулканических пеплов приходится решать лишь на основе изучения их вещественного состава.

В данной работе идентификация транзитных пеплов выполнена по результатам изучения содержания петрогенных окислов, микро- и редкоземельных элементов. Пеплы дальнего разноса диагностированы в почвенно-пирокластическом чехле о-ва Матуа

ДЕГТЕРЕВ Артем Владимирович - младший научный сотрудник (Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск). E-mail: d_a88@mail.ru

Исследования выполнены при поддержке гранта ДВО РАН (№ 13-111-В-08-003).

(Центральные Курилы), образованном преимущественно тефрой влк. Пик Сарычева. Полученные данные могут быть использованы при проведении тефрохронологических исследований в пределах Охотоморского региона.

Фактический материал собран в ходе экспедиционных исследований на о-ве Матуа в 2009-2010 гг. [3, 4]. Химический состав тефры изучен в аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток). Определение содержания Н2О, п.п.п., SiO2 выполнено методом гравиметрии аналитиком В.Н. Каминской, остальных элементов - методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре iCAP 6500 Duo (Thermo Electron Corporation, США) аналитиками Г.И. Горбач, Е.А. Ткалиной, Н.В. Хур -кало.

Остров Матуа располагается в северной оконечности Центральных Курильских островов, между островами Райкоке на севере и Расшуа на юге (рис. 1). В плане остров имеет форму эллипса размером 6,4 х 12 км и площадью 52 км2, длинной осью вытянут вкрест простиранию Курильской дуги (рис. 1). Большую часть острова занимают наземные вул-

канические образования. На их долю приходится 96% площади (50 км2), на остальной территории развиты морские аккумулятивные отложения. Юго-восточная оконечность острова представляет собой плоскую равнину с высотами в 40-60 м над у.м. Северо-западная часть целиком занята постройкой влк. Пик Сарычева - активнейшего вулкана Курильской островной дуги.

В ходе исследований, направленных на реконструкцию эруптивной истории влк. Пик Сарычева, установлено, что преобладающий состав тефры голоценовых извержений вулкана андезиба-зальтовый и андезитовый. При этом общий характер эволюции вещественного состава вулканических продуктов на протяжении голоцена имеет слабовыра-женную антидромную направленность, проявляющуюся на общем фоне сокращения разнообразия составов пород во времени. Эта тенденция наиболее ярко выражена с начала позднего голоцена, что отчетливо отражается в продуктах современного этапа активности вулкана, представленных исключительно умереннокалиевыми андезибазальтами [2].

В разрезе почвенно-пирокластиче-ского чехла о-ва Матуа, образованного преимущественно продуктами влк. Пик Сарычева, обнаружено несколько горизонтов транзитной тефры. Ее источники находились за пределами острова и были связаны с активностью соседних вулканов. Два пепловых прослоя - с индексами СКг и Ш-Кг - были выделены ранее

Рис. 1. Район исследований - Центральные Курильские острова. Треугольниками обозначены действующие вулканы

на территории Центральных Курил, в частности на о-ве Матуа, японскими исследователями [16, 17]. Еще один пепловый прослой, 44а/45/10, выявлен впервые. С активностью удаленного источника связано и образование пе-пловых прослоев 60/45/10 и 62/45/10.

Пепел Us-Kr (~1900л.н.). По данным [16, 17], этот пепел относится к кальдерообразующему извержению влк. Ушишир (о-в Янкича, Центральные Курилы). В разрезе почвенно-пирокла-„ „ „ стического чехла он вьщеляется своей

Рис. 2. Пепловые прослои Us-Kr и CKr в разрезе почвен- w

но-пирокластического чехла о-ва Матуа. Фото Н.Г. Раз- светлой °краск°й. на фоне относителЪ-

жигаевой но темных оливковых и коричнево-се-

рых отложений пепел светло-желтого цвета создает определенный контраст с вмещающими отложениями (рис. 2). Гранулометрический состав пепла Us-Kr соответствует алевриту с примесью пелитовой фракции, мощность прослоя на территории о-ва Матуа варьирует в пределах 1,5-2,0 см.

По геохимическим характеристикам пепел Us-Kr заметно отличается от тефры местного источника - влк. Пик Сарычева. По содержанию петрогенных окислов он отвечает низкокалиевому андезиту с содержанием SiO2 62,27, Na2O 3,65 и К2О 0,65 масс. % (см. таблицу). Пепел Us-Kr характеризуется низкими концентрациями крупноионных литофиль-ных элементов (LILE), легких лантаноидов (LREE), а также Та и Nb. На классификационной диаграмме K20-Si02 этот пепел, единственный из всех проанализированных образцов тефры, соответствует полю пород низкокалиевой серии (рис. 3).

Пепел СКг (~2100 л.н.). Источник пеплового прослоя с индексом СКг к настоящему времени точно не установлен, однако предполагается, что он был локализован в пределах северной части о-ва Итуруп (Южные Курилы) [16, 17]. Этот пепел, как и предыдущий, по гранулометрическому составу соответствует алевриту с примесью пелитовой фракции и заметно выделяется благодаря светло-желтой окраске (рис. 2). Мощность пеплового прослоя 0,7-1,0 см.

Химический состав пепла СКг отвечает дациту низкокалиевой серии с содержанием Si02 69,51, Na20 4,03, К2О 1,25 масс. % (см. таблицу, рис. 3). Пепел CKr из всех изученных образцов обогащен средними (MREE) и тяжелыми лантаноидами (HREE), а также высокозарядными элементами (HFSE).

Пепел 44а/45/10 (~4200 л.н.). Отнесен к разряду транзитных на основании геохимических признаков. Источник его на данный момент неизвестен. Пепел, имеющий светло-же-лую окраску, представлен алевритом; мощность прослоя составляет 0,3-0,5 см.

По химическому составу пепел соответствует андезиту умереннокалиевой серии. Si02 57,51, Na20 3,25, К2О 1,73 масс. % (см. таблицу, рис. 3). Примечательно, что определенное в нем содержание K20, близкое к границе пород высококалиевой серии, является максимальным из всех изученных образцов голоценовой тефры о-ва Матуа. На бинарных диаграммах зависимости между LILE и Si02 фигуративная точка этого пепла отчетливо отделена от тефры влк. Пик Сарычева (рис. 4). Спектр распределения микроэлементов характеризуется высокими концентрациями нормированных значений LILE, LREE, MREE и HFSE (рис. 5). Суммарная концентрация редкоземельных элементов (REE) этого пепла максимальна и составляет 127 г/т.

Пеплы 60/45/10 и 62/45/10 (~8000 л.н.). Эти пеплы, возможно, также относятся к разряду транзитных. Они образуют маломощные (менее 0,5 см) прослои серого цвета, размерность материала отвечает алевриту с примесью пелитовой фракции. По содержанию

Содержание петрогенных окислов (масс. %) и микроэлементов (г/т) в пеплах о-ва Матуа (Центральные Курилы)

Компонент Ия-Кг СКг 44а/45/10 60/45/10 62/45/10

SiO2 62,27 69,51 57,51 61,55 59,80

тю2 0,49 0,61 0,80 0,69 0,70

А№ 18,42 15,13 20,55 18,79 19,10

Fe2Oз 5,73 4,73 6,72 7,05 7,10

MnO 0,18 0,12 0,17 0,16 0,17

MgO 1,90 1,13 2,73 2,36 2,68

CaO 6,57 3,37 6,54 5,02 5,99

Na2O 3,65 4,03 3,25 3,06 3,20

K2O 0,65 1,25 1,73 1,31 1,26

^5 0,13 0,13 0,35 0,20 0,22

Li 9,24 11,20 7,99 10,64 7,97

Be 0,48 0,42 0,82 0,65 0,67

Sc 12,5 16,8 17,97 19,86 17,05

V 69,3 89,5 146,00 146,50 143,90

сг 2,71 4,92 15,51 11,49 7,06

Co 6,55 6,35 11,13 10,80 12,63

Ni 1,47 2,02 8,53 8,14 7,70

Си 11,5 20,8 110,16 102,86 57,15

гп 43,9 54,1 52,31 52,07 48,08

Оа 12,33 13,59 18,96 17,04 18,05

ЯЬ 6,60 20,05 30,80 22,91 21,20

Sr 381,9 177,4 478,3 293,6 364,8

У 17,00 37,42 29,61 22,97 22,19

гг 58,71 134,73 97,25 95,74 84,19

№ 0,97 1,52 2,33 1,89 1,91

Мо 1,09 2,28 1,20 1,70 1,06

са 0,21 0,12 0,16 0,14 0,12

Sn 0,44 1,04 0,70 0,70 0,71

Ся 0,75 1,68 1,99 1,71 1,68

Ва 138,7 303,0 517,7 323,0 360,4

La 4,53 8,43 18,53 10,12 11,33

Се 12,21 24,04 42,79 27,86 25,89

Рг 1,60 3,41 6,30 3,76 4,23

Nd 8,45 16,55 29,07 18,25 21,06

Sm 2,26 4,92 6,55 5,21 6,76

Еи 0,92 1,17 1,55 1,26 1,66

оа 2,78 6,10 6,82 4,90 5,82

ТЬ 0,46 1,08 0,94 0,79 0,86

Оу 2,94 7,21 5,70 4,84 5,23

Но 0,65 1,60 1,18 0,95 0,99

Ег 2,05 4,68 3,45 2,83 3,02

Тт 0,36 0,71 0,47 0,42 0,44

УЬ 2,64 4,98 3,17 2,85 2,93

Lu 0,33 0,74 0,51 0,43 0,45

НГ 1,73 4,29 2,68 2,71 2,20

Та 0,06 0,13 0,16 0,13 0,13

W 0,24 0,47 0,28 0,44 0,23

РЬ 6,69 11,31 11,18 9,51 9,60

ТЬ 0,68 2,10 4,98 2,75 2,31

и 0,31 0,82 1,62 1,51 0,92

Рис. 3. Классификационные диаграммы для образцов голоценовой тефры о-ва Матуа: А - ТЛ8-диаграмма для классификации и номенклатуры вулканических пород [13]; Б - диаграмма К20-8Ю2 ([18], с изменениями). Здесь и далее на рисунках поле соответствует составу пирокластики влк. Пик Сарычева

петрогенных элементов они не имеют существенных отличий от тефры влк. Пик Сарычева: это умереннокалиевые андезиты (рис. 3). Вариации ЫЬЕ-8Ю2 в них также не обнаруживают каких-либо отклонений от общего роя значений (рис. 4). Некоторые различия наблюдаются на микроэлементных спектрах: повышенные концентрации МЕЕЕ и отчетливо выраженный Еи-минимум, в целом не характерные для голоценовой пирокластики влк. Пик Сарычева (рис. 5). Представленных характеристик, однако, недостаточно, чтобы отрицать вероятность происхождения пепловых прослоев 60 и 62 из местного источника.

Геохимические характеристики изученных пеплов обнаруживают корреляцию с поперечной петрогеохимической зональностью Курильской островной дуги [5, 6, 11 и др.]. Источником пепла Иб-Кг является влк. Ушишир, наиболее «фронтальный», с характерными признаками деплетированности. Геохимические особенности горизонта тефры 44а, выраженные в элементной «обогащенности», позволяют предположить, что его источником был вулкан, расположенный в тыловой зоне либо вблизи ее. Один из вероятных эруптивных центров - действующий влк. Райкоке, расположенный в 20 км к северу от

Рис. 4. Концентрации крупноионных литофильных элементов (ЫЬБ) в образцах тефры о-ва Матуа в зависимости от содержания 8Ю2

Рис. 5. Спектры распределения редкоземельных и микроэлементов в образцах тефры о-ва Матуа: А - нормализованные к хондриту [15]; Б - нормализованные к примитивной мантии [20]

о-ва Матуа. К сожалению, история его активности не изучена, поэтому подтвердить это конкретными данными пока не представляется возможным.

Яркие диагностические признаки пеплов Иб-Кг и СКг, встречающихся в большинстве верхнеголоценовых разрезов на островах центральной части Курил (Расшуа, Кетой, Симушир) [7-9], делают их идентификацию чрезвычайно легкой, что позволяет рассматривать эти пепловые прослои в качестве маркирующих и использовать для расчленения верхнеголоценовых отложений, корреляции разнофациальных разрезов, датирования

форм рельефа, тектонических подвижек по разломам и для других целей геологических исследований.

Для дальнейшего развития тефрохронологических исследований в масштабах Охотоморского региона необходимо повышение уровня их детализации и, в частности, проведение работ по синхронизации результатов наземных и морских исследований.

Автор выражает признательность д.г.н. Н.Г Разжигаевой (ТИГ ДВО РАН, г. Владивосток) за обсуждение материалов работы и ценные критические замечания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Базанова Л.И., Брайцева О.А., Дирксен О.В. и др. Пеплопады крупнейших голоценовых извержений на траверсе Усть-Большерецк-Петропавловск-Камчатский: источники, хронология, частота // Вулканология и сейсмология. 2005. № 6. С. 30^6.

2. Дегтерев А.В., Рыбин А.В., Мелекесцев И.В., Разжигаева Н.Г. Эксплозивные извержения вулкана Пик Сарычева в голоцене (о. Матуа, Центральные Курилы): геохимия тефры // Тихоокеан. геология. 2012. Т. 31, № 6. С. 16-26.

3. Левин Б.В., Рыбин А.В., Разжигаева Н.Г. и др. Комплексная экспедиция «Вулкан Сарычева-2009» (Курильские острова) // Вестн. ДВО РАН. 2009. № 6. С. 98-104.

4. Левин Б.В., Мелекесцев И.В., Рыбин А.В. и др. Экспедиция «Вулкан Пик Сарычева-2010» (Курильские острова) // Вестн. ДВО РАН. 2010. № 6. С. 151-158.

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

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

7. Разжигаева Н.Г, Ганзей Л.А., Гребенникова Т.А. и др. Роль климата и природных катастроф в развитии ландшафтов о. Матуа (Центральные Курилы) в позднем голоцене // Изв. РАН. Сер. геогр. 2012. № 3. С. 71-80.

8. Разжигаева Н.Г, Ганзей Л.А., Белянина Н.И. и др. Соотношение климатического и вулканогенного факторов в развитии ландшафтов острова Симушир (Центральные Курилы) в среднем-позднем голоцене // Тихоокеан. геология. 2013. Т. 32, № 3. С. 66-78.

9. Разжигаева Н.Г, Ганзей Л.А., Гребенникова Т.А. и др. Торфяник о. Кетой - опорный разрез среднего-позднего голоцена Центральных Курил // Тихоокеан. геология. 2009. Т. 28, № 6. С. 65-80.

10. Сахно В.Г., Деркачёв А.Н., Мелекесцев И.В. и др. Вулканические пеплы в осадках Охотского моря: идентификация по микро- и редкоземельным элементам // ДАН. 2010. Т. 434, № 2. С. 1-8.

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

12. Braitseva O.A., Ponomareva V.V., Sulerzhitsky L.D. et al. Holocene key-marker tephra layers in Kamchatka, Russia // Quatern. Res. 1997. Vol. 47. P. 125-139.

13. Le Bas M.J., Le Maitre R.W., Streckeisen A., Zanettin B. A chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram // J. Petrol. 1986. Vol. 27. P. 745-750.

14. Lowe J.D. Tephrochronology and its application: A review // Quatern. Geochronol. 2011. Vol. 6, N 2. P 107-153.

15. McDonough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth // Chem. Geol. 1995. Vol. 120. P. 223-253.

16. Nakagawa M., Ishizuka Y., Hasegawa T., Baba A., Kusugi A. KBP Report. Sapporo: Hokkaido Univ., 2008. 54 p.

17. Nakagawa M., Baba A., Ishizuka Y. et al. Tephrostratigraphy of Kuril Islands: evaluation of Holocene eruptive activity of Kuril Arc // 6th Biennial Workshop on Japan-Kamchatka-Alaska Subduction Processes (JKASP-2009), June 22-26, 2009. Fairbanks (Alaska): Geophys. Inst.: Univ. of Alaska, 2009. P 260.

18. Peccerillo A., Taylor S.R. Geochemistry of Eocene calc-alkaline rocks from Kastamonu area, Northern Turkey // Contribs Mineral. and Petrol. 1976. Vol. 58. P. 63-81.

19. Rasmussen T.L., Wastegеrd S., Kuijpers A. et al. Stratigraphy and distribution of tephra layers in marine sediment cores from the Faeroe Islands, North Atlantic // Mar. Geol. 2003. Vol. 199. P. 263-277.

20. Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of ocean basalts: implications for mantle composition and processes // Magmatism in ocean basin / eds A.D. Saunders, M.J. Norry. L., 1989. P 313-345. (Geol. Soc. London. Spec. Publ.; vol. 42).