Вулканический массив и кальдера Горшкова

Вулканический массив и кальдера Горшкова

Острова Чирпой и Брат Чирпоев располагаются примерно в центре подводного массива Горшкова и находятся внутри одноименной кальдеры. Расстояние до вулканического фронта составляет около 33 км. Это крупный подводный вулканический массив размером по подножию 30x35 км имеет щитообразную форму и поднимается с глубины более 2000 м. Судя по характеру сейсмограмм НСП, он сложен существенно лавовыми образованиями. Привершинная часть щитообразной постройки осложнена кальдерой размером 7,5x11,5 км, вытянутой в северо-восточном направлении. Бровка кальдеры, кроме мыса Лапка на о. Чирпой, располагается ниже уровня моря, на глубине до 50 км в восточной и юго-восточной части и на глубине до 200-250 м в северо-западной части. Внутренние стенки кальдеры крутые, обрывистые. Глубина моря внутри кальдеры достигает 400 м. На северную и юго-западную части кальдеры, частично перекрывая ее борта, насажены вулканические постройки Чирпой, Черного, Сноу и Брат Чирпоев посткальдерного этапа развития. Остальная часть кальдеры заполнена пироклэстическими образованиями извережний этих вулканов мощностью более 400 м. Амплитуда опускания по
кольцевому разлому превышает 800 м.

Общий объем вулканического массива с учетом разрушений и опущенной привершинной части постройки около 600 км3. Это материал докальдерного этапа развития. Изверженный в период образования кальдеры материал объемом не менее 65 км3 , перекрыт мощным чехлом (до 400 м) южные и юго-восточные склоны массива. Разрез этих отложений на профилограммах НСП характеризуется протяженными гладкими границами с наклоном слоев от 2 до 9о. Эти слои
срезаются поверхностью подводной террасы, прилегающей к кальдере с юга и востока. Посткальдерному этапу развития соответствуют вулканические постройки островов Чирпой и Брат Чирпоев и внутрикальдерные пирокластические образования. Объем их около 25 км3.

Магнитное поле вулканического массива Горшкова имеет сложный мозаичный характер. Отмечены интенсивные знакопеременные аномалии с размахом до 1300-1400 нТ. Широко проявлены локальные отрицательные и положительные аномалии амплитудой свыше 500 нТ.

В строении вулканического массива и кальдеры Горшкова выделяются три комплекса пород: докальдерный, кальдерный и посткальдерный. Разрез докальдерного комплекса пород, обнажающегося на мысе Лапка, имеет мощность до 150 м и состоит из чередующихся потоков андезито-базальтового, реже андезитового состава, разделенных зонами спекшихся шлаков.
Пачка лав перекрывается 3-метровым слоем черных игнимбритоподобных стекол с комковатой текстурой и многочисленными обломками и линзовидными прослоями шлаковидных и плотных флюидальных лав. Стекла и большая часть обломков в них, равно как и прослои флюидальных лав в стеклах, соответствуют по составу пироксен-плагиоклазовым дацитам и риодацитам. Вместе с тем в стеклах отмечаются и мелкие обломки базальтового материала.

Над стеклами залегает горизонт розово-белых, желто-белых волокнистых дацитовых пемз. Пемзы содержат многочисленные мелкозернистые включения гомеогенного типа. Кроме того, в пемзах отмечены обломки бурых флюидальных дацитов и риодацитов, реже глыбы оливинсодержащих андезито-базальтов, сходных по облику с породами лавовой толщи.

Если лавовая пачка представляет собой фрагмент докальдерной постройки, то пачка игнимбритоподобных стекол и пемз образовалась в ходе извержений, связанных с формированием кальдеры. К комплексу отложений, образовавшихся в ходе кальдерообразующих извержений, относится драгированный материал. В его составе преобладают черные стекловатые, шлаковид-
ные андезиты с комковатой текстурой, содержащие мелкие обломки (до 1,0-1,5 см) базальтов и андезито-базальтов. Отмечены также мелкообломочные спекшиеся туфы андезитового состава и игнимбритоподобные андезито-дацитов. В одной из драг поднято много дацитовой пемзы, сходной по особенностям состава с пемзами, обнажающимися на мысе Лапка.

По данным И.В.Мелекесцева, большое количество пемзового материала имеется в составе морских террас северо-восточной части о. Уруп, сформированных во время верхне плейстоценового межстадиала. Ближайшим источником этого материале мог быть только район о. Черные Братья, поскольку для о. Уруп кислые вулканические продукты в это время не характерны. Если это предположение справедливо, то возраст образования кальдеры может отвечать началу второй половины верхнего плейстоцена.

Формирование внутрикальдерных вулканических сооружений, слагающих о. Черные Братья, началось, по мнению И.В.Мелекесцева, в раннем голоцене или в позднем плейстоцене. К наиболее ранним вулканическим аппаратам на о. Брат Чирпоев относится довольно сильно разрушенный стратовулкан, занимающий его юго-восточную часть, а на острове Чирпой - вулкан Чирпой и конус, расположенный к юго-западу от него. По данным Г.С.Горшкова, оба эти вулкана с северо-запада обрезаны сбросом, а склоны их довольно сильно эродированы.

Остальные постройки сформировались в конце голоцена. Извержения вулканов Черного и Сноу на о. Чирпой неоднократно наблюдались в ХУIII-ХХвеках. Наиболее молодым из них является конус Сноу, который, как полагает Г.С.Горшков, образовался в 1770 г.

Вулканические породы массива и кальдеры Горшкова являются типичными представителями лав внешней зоны Курильской дуги и характеризуются высокой лейкократовостью, вупироксеновыми ассоциациями вкрапленников и отсутствием амфибола и биотита даже в самых кислых разностях.

Породы докальдерной постройки и поздних внутрикальдерных вулканов содержат высокую долю вкрапленников - до 20-30%, тогда как вулканиты, связанные с кальдерообразующими извержениями (дациты, андезиты), редкопорфировые или субафировые ( 5-10% вкрапленников).

Базальты и андезито-базальты содержат вкрапленники и субфенокристы оливина, тогда как в андезитах и дацитах он отсутствует. Нередко наблюдаются реакционные взаимоотношения оливина с расплавом и обрастание фенокристаллов его мелкими выделениями ортопироксена.
Реакционные соотношения характерны для орто-и клинопироксенов во всех породах от базальтов до дацитов, вкрапленники и субфенокристы ортопироксена окружены каймами клинопироксена. Среди плагиоклазов наряду с обычными вкрапленниками присутствуют до 3 мм кристаллы незонального анортита. Обильны они в высокоглиноземистых разностях, содержащих до 20-21% А12О3. Во всех породах, кроме самых магнезиальных базальтов, встречаются мелкие вкрапленники и субфенокристы титаномагнетита. Характерно наличие магнетит-пироксен-плагиоклазовых сростков размером до 5 мм.

Базальты и андезито-базальты с западного побережья о. Брат Чирпоев, отличаются редкопорфировыми структурами с тонкокристаллической апогиалиновой или гиалопилитовой основной массой.

Андезито-базальты наземных вулканов о. Брат Чирпоев и Чирпой имеют порфировые структуры с пилотакситовыми структурами основной массы. Андезиты молодых потоков вулканов Черного и Сноу характеризуются гиалиновыми, апогиалиновыми, реже гиалопилитовыми основными массами и резкопорфировыми структурами.

Игнимбритоподобные андезиты и дациты кальдерообразующих извержений отличаются гиалиновыми флюидельными структурами с полосовидным, линзовидным распределением разных по степени окисленности, прозрачности, пористости, раскристаллизации показателям преломления и цвету участков стекол. В шлифах наблюдаются уплощенные, иногда гофрированные обрывки прозрачных буроватых стекол, имеющие резкие угловатые ограничения и размеры (I,0-I,5)x(0,I5x0,20) мм. Все дацитовые и андезитовые стекла содержат мелкие включения раскристаллизованных базальтов и андезито-базальтов. Вкрапленники плагиоклаза в таких породах в большинстве случаев имеют обломочный облик.

Данные о химическом составе минералов получены для базальтов и андезито-базальтов подводного склона вулкана Брат Чирпоев и андезитов вулкана Черного.

Состав вкрапленников плагиоклаза в базальтах и андезито-базальтах отвечает анортитам и битовнитам, а состав микролитов - лабрадорам и даже андезинам. Вкрапленники плагиоклаза андезитов отвечают лабрадорам, а микролиты – лабрадорам и андезинам. Вкрапленники клинопироксена всех типов пород попадают в поле авгитов. В ряду базальт-андезит наблюдается незначительное увеличение железистости и уменьшение кальциевости клинопироксена. В клинопироксенах более чем вдвое уменьшается содержание А1203 и возрастает МпО. Железистость вкрапленников максимальна для андезитов и минимальна для андезито-базальтов. Микролиты пироксенов в базальтах соответствуют пижонитам и субкальциевым авгитам, а в андезитах - орто- и клинопироксенам. Железистость титаномагнетитов растет с ростом кремнекислотности (и железистости) пород от базальтов к андезитам, равно как и содержание TiO2 в них, тогда как содержание А12Oз убывает.

Интерстициальные стекла в базальтах отвечают (К-Nа)- дацитам, в андезито-базальтах - (К-Nа)- дацитам и риолитам, а в андезитах - К-риолитам с K2О/Na20=3. Стекла из андезито-базальтов и андезитов содержат 2-3% Н20.

Температуры кристаллизации вкрапленников последовательно уменьшаются от базальтов (1082°С) через андезито-базальты (1064оС) к андезитам (1029оС). Температура кристаллизации микролитов в андезитах (1010о С) ниже, чем во вкрапленниках.

В составе пород докальдерного комплекса преобладают андезито-базальты (при подчиненной доле андезитов). Состав пород, связанных с кальдерообразующими извержениями, изменяется от основных андезитов до риодацитов при преобладании дацитов, а состав посткальдерных вулканитов - от базальтов до дацитов.

Уровень содержания К2О в породах кальдеры Горшкова позволяет отнести их к умеренно-калиевому типу. По отношению Na02/K20 породы кальдеры, за исключением некоторых андезито-базальтов, относятся к (К-Nа)-ряду (Na20/K20 > 4).

Все вулканиты кальдерного комплекса лежат в поле "толеитов", тогда как докальдерный комплекс - в поле "известково-щелочных" пород. В это же поле попадают все андезиты посткальдерных вулканов, а также их наиболее магнезиальные базальты. Напротив, глиноземистые разности базальтов посткальдерного комплекса лежат в поле толеитов, а андезито-базальты - по обе стороны между толеитовым и известково-щелочным полями.

Вулканиты кальдеры Горшкова относятся к высокоглиноземистому ряду. В некоторых базальтах и андезито-базальтах концентрация Al2O3 может достигать 21-21,5%, однако другие разновидности этих пород обогащены MgО (до 10,5% в базальтах и 7,5% в андезито-базальтах). Первое, связаны с аккумуляцией высококальциевого плагиоклаза, а второе - с аккумуляцией оливина: сильно глиноземистые базальты обогащены вкрапленниками незонального анортита, а магнезиальные базальты - крупными вкрапленниками оливина.

Несмотря на отличия в степени обогащения железом пород разных этапов развития кальдеры Горшкова, с ростом кремнекислотнасти пород в них возрастают концентрации Rb, Li, Ba, U, Th, Р, B, W и величины отношений Ba/Sr и убывают концентрации Sr, V , Cr, Ni, Со, Си, Zn и величины отношений V/Cr, Концентрации Be и величины отношений K/Rb, Th/ V и F/В уменьшаются слабо в сторону более кислых пород. Магнезиальные разности базальтов и андезито-базальтов отличаются от глиноземистых резко повышенными концентрациями Сr (до 200-350 г/т) и Ni (до 100 г/т).

В образце из молодого потока вулкана Черного определен изотопный состав: 87Sr/ 86Sr = 0,70319+5 и 1 4 3Nd/1 4 4Nd=0,513090+24 , что типично для четвертичных лав фронтальной зоны.
Уровень концентрации редкоземельных элементов (РЗЭ) в андезитах и андезито-базальтах идентичен для всех пород и повышен по сравнению с базальтами.

Вулканический массив и кальдера Горшкова прошли длительную и сложную историю развития. Докальдерная постройка, верхняя часть которой возвышалась над уровнем моря, сформировалась в до поздне плейстоценовое время. Судя по характеру магнитного поля и фрагменту разреза
на мысе Ляпка, она имеет лавовое строение. Локальные интенсивные магнитные аномалии на склонах массива за пределами кальдеры, не выраженные в рельефе, свидетельствуют о наличии застывших близповерхностных магматических очагов в теле постройки.

Кальдерообразующие извержения произошли во второй половине позднего плейстоцена. Большая часть игнимбритового и пемзового материала выброшена на восточные и южные склоны массива, где, по данным НСП, наблюдается мощная до 400 м слоистая толща. Часть этой толщи сформировалась в результате переотложения пемзо-игнимбритового материала и абразии верхней
части докальдерной постройки, в результате чего была выработана обширная терраса, которая затоплена голоценовым повышением уровня моря.Вулканическая деятельность внутри кальдеры возобновилась сразу же после ее образования и продолжается до настоящего времени.