Название проекта


Проект ДВО РАН на 2009-2011 гг. «Геологические позиции и условия формирования гигантских плиоцен-эоплейстоценовых кальдер на Камчатке, оценка роли магматических очагов в их недрах как источников тепла для современных гидротермальных систем» (№ 09-III-А-08-424), руководитель – Леонов В.Л.
Степень выполнения задач на 2009 г.
На 2009 г. ставились задачи: 1) провести исследования, направленные на выявление новых крупных кальдер в верховьях рек Авача, Кавыча и на Козыревском хребте на Камчатке; 2) продолжить изучение границ крупной кальдеры, выявленной в 2007 г. на Южной Камчатке - кальдеры Карымшина, уточнить ее западные границы; 3) уточнить геолого-структурные позиции Карымчинской гидротермальной системы, приуроченной к разломам, ограничивающим кальдеру Карымшина с запада; 4) проанализировать позицию известных рудопроявлений, связанных с кальдерой Карымшина; 5) продолжить петролого-геохимическое изучение пород Карымского вулканического центра с целью выявления условий существования в его недрах близповерхностных магматических очагов - источников тепла для расположенной в его пределах Карымской гидротермальной системы. Поставленные задачи выполнены на 90%.
Важнейшие результаты
1) Проведенные в 2009 г. полевые работы позволили выявить в верховьях рек Авача и Кавыча новую не известную ранее крупную кальдеру предположительно плиоценового возраста. Уточнена стратиграфия вулканогенных толщ района, выявлено, что внутреннюю часть новой кальдеры заполняют игнимбриты мощностью более 1000 м, чем данная кальдера похожа на кальдеру Карымшина, выявленную на Южной Камчатке в 2007 г.
2) Произведено расчленение вулканогенных толщ Южной Камчатки, относящихся до сих пор к единому Карымшинскому вулканогенному комплексу, на три части - комплексы I, II и III. Породы, входящие в эти комплексы, имеют преимущественно риолитовый и риодацитовый состав, формирование их происходило в плиоцене – раннем плейстоцене. Наиболее древний комплекс (I) – это лавы, туфы и туфобрекчии среднеплиоценового возраста, которые вскрываются в разрезах докальдерного этапа. Следующий комплекс (II) – это игнимбриты эоплейстоценового возраста (1.2 – 1.7 млн. лет), связанные с кальдерой Карымшина. Наиболее молодой комплекс (III) – это риолитовые экструзии, связанные с ними лавовые потоки, которые относятся к посткальдерному этапу. Они имеют возраст 0.5 - 0.8 млн. лет.
3) Сделан вывод, что на Южной Камчатке отчетливо выделяются среднеплиоценовый, эоплейстоценовый и нижне-среднечетвертичный эпизоды повышенной эксплозивной активности. Показано также, что эпизодичность в интервале 0-5 млн. лет характерна не только для эксплозивного кислого вулканизма Южной Камчатки, но и для эффузивного вулканизма средне-основного состава, при этом происходит чередование эпизодов преимущественно эксплозивного кислого и преимущественно эффузивного базитового вулканизма.
4) Составлена сводка имеющихся на данный момент К-Ar и Ar-Ar датировок вулканических пород Южной Камчатки. Показано, что полученные в последние годы датировки жильных образований вулканогенных золото-серебряных месторождений Южной Камчатки позволяют выделять эпизоды рудообразования, которые по времени следуют за эпизодами кислого вулканизма.
5) Изучены петро- и геохимические особенности пород Карымского вулканического центра (КВЦ), который является наиболее крупным в Восточном вулканическом поясе Камчатки. Показано, что формирование КВЦ происходило ритмично начиная с конца плиоцена с образованием последовательных дифференцированных комплексов пород. Закономерное изменение макро- и микроэлементов в вулканических породах КВЦ объясняется процессами фракционирования минеральных фаз из исходного расплава. При этом происходило обогащение остаточных расплавов щелочами, литофильными элементами (Rb, Ba, Sr, Pb, Th, U, РЗЭ) и истощение когерентными элементами (Ni, Cr, Sc, Ti). Результаты геохимического исследования вулканических пород КВЦ указывают на принадлежность их к типичным островодужным образованиям. Отношения несовместимых элементов предполагают 2-х компонентную систему магмообразования: обедненный мантийный источник (N-MORB) и надсубдукционные флюиды (островодужный компонент). Вероятны процессы контаминации расплава в кровле промежуточного очага метасоматизированным субстратом, добавка кумулусных кристаллических фаз (и расплавов) более ранних этапов магмообразования в КВЦ.
6) Новые датировки игнимбритов Камчатки Ar-Ar методом позволили сделать вывод, что на Камчатке в эоплейстоцене (1,2 – 1,8 млн. лет назад) был особый эпап, когда происходили крупные игнимбритообразующие извержения, при этом перед этим этапом и после него были значительные промежутки времени (не менее 500 тыс. лет), когда крупных игнимбритообразующих извержений не происходило. Это позволило впервые выделить особый эоплейстоценовый этап эксплозивного кислого вулканизма на Камчатке.
Степень новизны полученных результатов
Большая часть данных, полученных в результате работ 2009 г., являются новыми. Была выявлена новая крупная кальдера. Было обосновано выделение нового эоплейстоценового этапа крупнообъемного эксплозивного вулканизма на Камчатке, который ранее не выделялся. Была существенно уточнена стратиграфия плиоцен-четвертичных отложений Южной Камчатки, впервые выявлены три этапа кислого вулканизма, показано, что с ними связаны этапы рудообразования. Уточнена структурная позиция рудоносных кварц-карбонатных жил Банно-Карымшинского района и Карымчинской гидротермальной системы. Получены новые датировки игнимбритов Камчатки Ar-Ar методом. Впервые сделаны хорошо обоснованные петрологическим материалом выводы о существовании сложной магмоподводящей системы в недрах Карымского вулканического центра, изучены геохимические особенности расплавов.
Методы и подходы
Подход авторов заключается в детальном изучении геологического строения и истории магматической деятельности в изучаемых районах, оценке современного состояния верхнекоровых магматических очагов, выявлении структур, ответственных за транспортировку магм и флюидов. Для оценки степени взаимодействия нижнекоровых базальтовых магм с материалом коры проводится изучение геохимии редких и редкоземельных элементов, а также изучение расплавных включений во вкрапленниках (используя метод гомогенизации включений и анализ стекол этих включений с помощью электронного и ионного микрозонда). Работа над данным проектом, как нам представляется, отражает современные подходы к решению задач, стоящих перед геологами, изучающими геотермальные месторождения, и, прежде всего, задачи по выяснению условий теплового питания высокотемпературных гидротермальных систем, представляющих основной интерес для практического освоения.
Список опубликованных и сданных в печать работ (выполненных в 2009 г.)
1. Леонов В.Л. Геометрия и механизм формирования разрывов, образовавшихся вблизи вулкана Карымский (Камчатка) 1-2 января 1996 г. // Вулканология и сейсмология, 2009. № 3. С. 8-26.

2. Гриб Е.Н., Леонов В.Л., Перепелов А.Б. Геохимия вулканических пород Карымского вулканического центра // Вулканология и сейсмология, 2009. № 6 (в печати).

3. Леонов В.Л., Рогозин А.Н. Эпизодичность кислого вулканизма на Южной Камчатке (по новым данных K-Ar и Ar-Ar датирования и результатам изучения разрезов) // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 2009. (в печати).

4. Леонов В.Л., Биндеман И.Н., Рогозин А.Н. О выделении эоплейстоценовой эпохи крупнейших кальдерообразующих извержений на Камчатке (по данным Аr-Аr датирования) // Материалы симпозиума «Вулканизм и геодинамика». Петропавловск-Камчатский, 2009. С. 397-400.

5. Гриб Е.Н., Леонов В.Л. Карымский вулканический центр: геохимия редких и РЗЭ и источники магм // Материалы симпозиума «Вулканизм и геодинамика». Петропавловск-Камчатский, 2009. С. 327-331.

6. Кугаенко Ю.А., Леонов В.Л., Коновалова А.А. Геодинамическая обстановка и сейсмичность в районе Долины Гейзеров // Разломообразование и сейсмичность в литосфере: тектонофизические концепции и следствия. 17 - 22 августа 2009 г., Иркутск.

7. Леонов В.Л. Структурные и геодинамические факторы, контролирующие разрывообразование и сейсмичность в Карымском вулканическом центре, Камчатка // Разломообразование и сейсмичность в литосфере: тектонофизические концепции и следствия. 17 - 22 августа 2009 г., Иркутск.

8. Bindeman I.N., Leonov V.L., Ponomareva V.V. et al. Large-volume silicic volcanism in Kamchatka: Ar-Ar, U-Pb ages and geochemical characteristics of major pre-Holocene caldera-forming eruptions // J. Volcanol. Geothermal Res. 2009.

9. Leonov V.L., Rogozin A.N. Geologic development of the Karymshina caldera, Kamchatka, Russia, with special reference to its hydrothermal systems // WGC, 2010.

10. Рогозин А.Н. Структурные позиции рудоносных кварц-карбонатных жил Банно-Карымшинского района (Камчатка) // Мат-лы симпозиума «Вулканизм и геодинамика». Петропавловск-Камчатский, 2009. С. 803-805.

11. Shipley N.K., Bindeman I.N., Leonov V.L. Petrologic and isotopic investigation of rhyolites from Karymshina caldera, the largest “super”caldera in Kamchatka, Russia // Eos Trans. AGU, Fall Meet. Suppl., Abstract. 2009.
Участие в научных мероприятиях
1. IV Всероссийский симпозиум по вулканологии и палеовулканологии, 22-27 сентября 2009 г., Петропавловск-Камчатский – 3 доклада

2. Ежегодная конференция, посвященная Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский, 30 марта 2009 г. - 2 доклада.

3. Ежегодное осеннее заседание Американского геофизического союза (AGU), Сан-Франциско, США, декабрь 2009 г. – представлены тезисы.

4. Ежегодная региональная молодежная конференция «Природная среда Камчатки». Петропавловск-Камчатский, 20 февраля 2009 г. – доклад.

5. Совещание "Разломообразование и сейсмичность в литосфере: тектонофизические концепции и следствия". 17 - 22 августа 2009 г., Иркутск. - представлены тезисы.

6. Всемирный геотермальный конгресс - 2010 - представлено две статьи.

Материалы по проекту, выставленные на сайте
1. На сайте ИВиС ДВО РАН обновлена страничка по геологии геотермальных систем - https://www.kscnet.ru/ivs/lggp/index.html

2. На сайте ИВиС ДВО РАН в разделе «Материалы симпозиума» выставлены полнотекстовые электронные варианты статей авторов проекта - https://www.kscnet.ru/ivs/conferences/simposium_4/abstr/abs4-27.pdf, https://www.kscnet.ru/ivs/conferences/simposium_4/abstr/abs4-45.pdf https://www.kscnet.ru/ivs/conferences/simposium_4/abstr/abs6-34.pdf

План работ на 2010 год
1) Продолжить изучение новой крупной кальдеры предположительно плиоценового возраста, открытой в верховьях рек Авача и Кавыча в 2009 г. Восстановить южные и юго-восточные границы кальдеры. Уточнить стратиграфиию, получить петро-геохимические характеристики основных единиц толщи игнимбритов, развитой в районе, особенно в пределах кальдеры, где они имеют мощность более 1000 м.
2) Продолжить изучение кислых пород комплекса I плиоценового возраста, выделенного на Южной Камчатке в 2009 г. Как было установлено, этот комплекс слагают высококалиевые лавы, которые вскрываются вблизи кальдеры Карымшина в разрезах докальдерного этапа. Выделение данного комплекса имеет особое значение, так как с ним связан свой этап рудообразования, не выделявшийся в рассматриваемом районе ранее.
3) Продолжить совместные работы с И.Н.Биндеманом по проекту NSF (Национального научного фонда США) № EAR-0537872 по получению новых Ar-Ar и U-Pb датировок вулканических пород Южной Камчатки.
4) Изучить петро- и геохимические особенности пород района кальдеры Карымшина - наиболее крупной кальдеры на Камчатке, открытой в 2007 г. Для оценки степени взаимодействия нижнекоровых базальтовых магм с материалом коры провести изучение геохимии редких и редкоземельных элементов, изотопной геохимии (Sr, Nd, Pb и т.д.), а также изучение расплавных включений во вкрапленниках (используя метод гомогенизации включений и анализ стекол этих включений с помощью электронного и ионного микрозонда).

Руководитель работ по проекту к.г.-м.н. Леонов Владимир Леонидович

29 октября 2009 г.