Пеплы 2017 года с вулканов Ключевского и Камбального: сравнительный минералого-геохимический анализ

Весной 2017 г., с 25 марта по 9 апреля, произошли мощные пепловые выбросы на вулкане Камбальном (Гирина и др., 2017). Практически в это же время активизировался и вулкан Ключевской (рис. 1). Наиболее впечатляющим было извержение Камбального вулкана, поскольку оно произошло, вероятно, впервые за последние 600 лет (Рудич, 1978; Литасов, Важе-евская, 1991; Ponomareva et. al., 2007). Выброс пепла из кратера Камбального вулкана достиг высоты 5–7 км, а образо- вавшееся газово-пепловое облако распространилось на 160 км в юго-восточном, южном и юго-западном направлениях. На Ключевском вулкане в указанный период произошли пять последовательных эруп-ций с выбросом пеплов на высоту 6–7 км и их сносом к юго-западу и юго-востоку на расстояние до 250 км. Через несколько дней после начала извержений были сделаны отборы пеплов этих вулканов специалистами Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Н.А. Малик, А.Ю. Озеров, С.Н. Рычагов и др. с вулкана Камбального и Ю.В. Демянчук с Ключев-

ского), часть которых была передана нам для комплексных исследований.

Рис. 1 . Пепловые извержения вулканов Ключевского и Камбального на Камчатке весной 2017 г. (фотографии Ю.В. Демянчука (Ключевской) и А.В. Сокоренко (Камбальный))

Материал одновременных извержений вулканов, отстоящих друг от друга на значительном расстоянии и находящихся в различных геологических структурах (Ключевской – на севере, в ЦентральноКамчатской депрессии, а Камбальный – на юго-восточном окончании Восточно-

Камчатского вулканического пояса) интересен с позиции сравнительных исследований их минералого-геохимических особенностей, учитывая неоднородность глубинного строения и различие типов вулканических извержений в пределах Камчатской островодужной системы (Федотов и др., 2019; Хубуная и др., 2009; Гонтовая и др., 2010; Гонтовая и др., 2017; Гонтовая и др., 2010; Ponomareva a. al, 2007).

Объекты и методы исследований

Объектом исследований послужили пробы тонкозернистого материала вулканических пеплов, отобранные 12 апреля 2017 г. на южном склоне Камбального вулкана (проба № 9001), там же, где была взята проба Камб./2017-1 (Рычагов и др., 2017), и 21 апреля 2017 г. на вулкане Ключевском (у подножья восточного склона, проба № 9000). Из этих проб были выделены алевритовые (> 0.08 мм) и пелитовые (< 0.08 мм) гранулометрические фракции. Кроме того, анализировались электромагнитные и магнитные концентраты алевритовых фракций (табл. 1).

Таблица 1 . Реестр образцов и фракций вулканических пеплов

№ обр	Вулкан	Степень фракционирования	Гранулометрия, мм
9000/3	Ключевской	Валовая проба, вес 11.65 г	> 0.08
9000/3-1		Немагнитный концентрат, плотность < 2.8 г/см3
9000/3-2		Немагнитный концентрат, плотность > 2.8 г/см3
9000/3-3		Электромагнитный концентрат, плотность > 2.8 г/см3
9000/3-4		Электромагнитный концентрат, плотность < 2.8 г/см3
9000/3-5		Магнитный концентрат
9000/4		Валовая проба, вес 18.5 г	< 0.08
9001/1	Камбальный	Валовая проба	< 0.08
9001/2		«	> 0.08

Для оценки состава аэрозольной компоненты, осевшей на материале пеплов, а также с целью получения данных о составе водорастворимой части пеплов, из валовых проб были сделаны водные вытяжки. Так как пробы пепла были отобраны в полиэтиленовые мешки со снега и поступили в лабораторию в замороженном виде, то методика водной вытяжки состояла в том, что материал пеплов со снегом вы- стаивался в стеклянной посуде при комнатной температуре в течение 1–2 суток. Отделенный фильтрат исследовался стандартным методом в Аналитическом Центре ИВиС ДВО РАН.

Комплексные исследования пеплов были проведены в АЦ ИВиС ДВО РАН, в ЦКП «Геонаука» Института геологии Коми НЦ УрО РАН и в ЦКП «Геоаналитик» Института геологии и геохимии УрО

РАН. При этом использовались методы оптической микроскопии, рентгеновской дифрактометрии (Shimadzu XRD-6000), термографии (Shimadzu DTG-60A/60AH), рентгенофлуоресцентной спектрометрии (S4 PIONEER, Shimadzu XRF-1800) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (Perkin Elmer ELAN 9000).

Результаты исследований

По внешнему виду пробы и фракции пеплов несколько различались. В частности, пеплы с Камбального вулкана были заметно светлее пеплов с Ключевского, а в пределах проб пеплов алевритовые фракции были гораздо темнее пелитовых (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид основных фракций и концентратов, выделенных из вулканических пеп-лов 2017 г. с вулканов Камбального (а, б) и Ключевского (в–д). Фракции: а, в – алевритовые, валовые; б, д – пелитовые валовые; г – электромагнитный концентрат из алевритовой фракции

Морфология и размеры частиц. Форма и размеры частиц в алевритовых фракциях пеплов исследовались с использованием метода СЭМ. Согласно полученным данным, все фракции характеризуются большой однородностью по гранулометрии, форме и характеру угловатости частиц, но при этом пеплы с Ключевского и Камбального вулканов нетождественны (рис. 3). Частицы в алевритовой фракции пепла Камбального вулкана статистически в три раза крупнее (рис. 4), менее вытянутые (коэффициент удлинения = 1.44 ± 0.42, против (1.57–1.72) ± 0.48 у частиц в пеплах с Ключевского) и характеризуются более сильной прямой корреляцией минимальных и максимальных размеров (r = 0.66 против r = 0.44 у частиц в пеплах Ключевского).

Рис. 3 . Размер и морфология частиц в алевритовых фракциях пеплов 2017 г. с вулканов Ключевского (а–г) и Камбального (д–е). СЭМ-изображения в режимах вторичных (а, в, д) и упруго-отраженных (б, г, е) электронов

При этом коэффициенты вариации линейных размеров и коэффициентов удлинения частиц в пеплах Ключевского и Камбального вулканов довольно близки, располагаясь в узких пределах 23–32 %. Полученные данные свидетельствуют о гранулометрической однородности исследованных образцов пеплов, материалом для которых в обоих случаях послужили магматические породы.

Рис. 4. Статистика (среднее ± СКО) размеров частиц во фракциях пеплов 2017 г. с вулканов Ключевского (9000) и Камбального (9001)

Химический состав водных вытяжек. Согласно полученным результатам, суточная водная вытяжка из пеплов вулкана Ключевского характеризуется слабой кислотностью (табл. 2, проба 1) и относительно низкой минерализацией. По составу она гидрокарбонатно-хлоридная калие-во-магниево-натриевая. Суточная водная вытяжка из пеплов вулкана Камбального отличается от аналогичной пробы с Ключевского несколько большей кислотностью, более высокой минерализацией и гораздо более сложным гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридным, калиево-магниево-железисто-натриево-кальциевым составом (табл. 2, проба 2). Для решения вопроса об источнике анионно-катионного состава водной вытяжки из пеплов Камбального вулкана мы дополнительно использовали данные по двум водным вытяжкам из статьи С.Н. Рычагова (Рычагов и др., 2017), полученным из пеплов, отобранных в то же время и в том же месте, что и анализированная нами проба. Различалось только время взаимодействия материала пеплов с водой. Как видно из табл. 2, проба 3 (№ Камб/2017-1 С. Н. Рычагова), выстоявшая с водой в течение 3 суток, при сходстве анионно-катионного состава отличается от взятой там же, но выстоянной нами лишь сутки пробы 2 гораздо более высокой общей минерализацией, в составе которой основное место занимают сульфат- ион и кальций. В пробе водной вытяжки, полученной выстаиванием пепла более 30 суток (проба 4, Рычагов и др., 2017), степень минерализации возросла скачкообразно почти в 20 раз. Мы считаем, что это произошло за счет прогрессивного растворения сульфатных минералов, в первую очередь гипса, присутствие которого в пеплах Камбального вулкана было установлено и нами, и С. Н. Рычаговым с соавторами (Рычагов и др., 2017).

Таблица 2. Химический состав водных вытяжек из пеплов Ключевского (проба 1) и Камбального (пробы 2, 3, 4, 5) вулканов, мг/л

Параметры и компоненты	1	2	3	4
рН	5.63	4.73	5.15	4.18
HCO 3 –	4.88	4.88	1.20	Не обн.
F–	< 0.19	< 0.19	Не обн.	Не обн.
Cl–	4.97	6.39	16.00	8.52
SO4 2–	< 2.0	8.50	451.50	825.6
Сумма	9.85	19.80	468.70	834.12
Na+	0.52	1.69	11.70	26.51
K+	0.07	0.51	5.00	5.97
Ca2+	< 0.8	4.62	176.40	251.2
Mg 2+	0.11	0.27	2.80	11.14
Fe2+	< 0.1	0.76	0.20	0.53
Fe3+	< 0,1	< 0,1	0.50	31.41
Al3+	-	24,50	0.30	-
NH 4 +	< 0,1	0.68	1.70	10.37
Сумма	0.70	33.03	198.60	337.13
H 3 BO 3	< 0.28	< 0.28	< 1	< 1
H 4 SiO 4 (раствор)	< 0.05	10.81	5.60	67.5
Минерализация	10.55	63.64	672.90	1238.79

Примечание . Пробы 1 и 2 – наши данные анализов суточной выдержки пеплов Ключевского (1) и Камбального (2) вулканов в снеговой воде. Данные получены стандартными методами, включающими фотоэлектронную колориметрию (NH 4 ⁺, H 4 SiO 4 ), атомную абсорбцию (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺), титриметрический (HCO 3 ^–, Cl^–, SO 4 ^2–, H 3 BO 3 ), потенциометрический (рН, F). Аналитики А. А. Кузьмина и В. В. Дунин-Барковская. Данные граф 3 и 4 заимствованы из статьи Рычагова и др. (2017).

Следует отметить также, что еще Л. А. Башарина (1959) при изучении водных вытяжек из пепла вулкана Безымянного сделала вывод о том, что «анионы в водных вытяжках являются продуктами вулканических эксгаляций». Проведенные нами исследования показали, что водные вытяжки из пеплов Ключевского и Камбального вулканов существенно различаются как по анионному, так и катионному составу. При этом гораздо более сложной оказалась водная вытяжка не из заведомо ювенильных пеплов Ключевского вулкана, как это можно было бы ожидать, а из пеплов вулкана Камбального. В этом случае вытяжка характеризовалась более высоким содержанием кальция, гидрокарбонат- и сульфат-ионов, а также железа. Обращает на себя внимание и высокое содержание в суточной вытяжке из пеплов Камбального ионов Al3+, что, вероятно, указывает на присутствие алюминия в газовой фазе извержения.

Фазовый состав пеплов. Данные рентгеноструктурного анализа вулканических пеплов свидетельствуют о том, что по фазовому составу они преимущественно плагиоклазовые как в валовых пробах, так и в гранулометрических фракциях. На рентгеновских дифрактограммах преобладают сильные отражения, отвечающие основному плагиоклазу, а в качестве дополнительных выступают малоинтенсивные рефлексы от кварца (рис. 5, а). Иногда по отдельным отражениям регистрируются ортоклаз, пироксены, магнетит и пирит. Для оценки содержания в исследуемых пеплах рентгеноаморфного вулканического стекла нами дополнительно была проведена съемка с использованием алюминиевого держателя, обладающего достаточной степенью кристалличности и не вносящего вклад в дифракционную картину в области малых углов. На полученных таким образом дифрактограммах зарегистрировано аморфное гало с максимумом интенсивности, совпадающим с положением основных рентгеновских рефлексов плагиоклазов (рис. 5, б). Судя по этим рентгенограммам, содержание стек-лофазы в пепле с Ключевского вулкана составляет 8–10 %, а в пепле с Камбального вулкана 14 %. Последнее примерно совпадает с соответствующими данными, полученными С. Н. Рычаговым с соавторами (Рычагов и др., 2017).

Рассчитанные по рентгеноструктурным данным параметры э. я. основных минералов в исследуемых пеплах имеют следующие значения. Вулкан Ключевской : плагиоклазы – а о = (0.816–0.820) ± 0.002 нм, b о = (0.1284–0.1286) ± 0.003 нм, с о = (0.709–0.0713) ± 0.002 нм, α = (93.3– 93.5) ± 0.3°, β = (116.2–116.3) ± 0.3°, γ = (90–90.4) ± 0.4°, V o = (0.665–0.672) ± 0.003 нм³; клинопироксен – а о = 0.9716 ± 0.001 нм, b о = 0.8894 ± 0.0009 нм, с о = 0.5256 ± 0.0008 нм, β = 106.43 ± 0.12°, V o = 0.435 ± 0.001 нм³; магнетит – а о = 0.838 ± 0.003 нм, V o = 0.587 ± 0.007 нм³.

Рис. 5. Рентгеновские дифрактограммы пеп-лов 2017 г. с вулканов Ключевского (9000) и Камбального (9001), полученные обычным способом (а) и с использованием алюминиевого стандарта (б). Привязка к фракциям – в табл. 1

Вулкан Камбальный : плагиоклазы – а о = (0.815–0.818) ± 0.002 нм, b о = (0.1285– 0.1287) ± 0.003 нм, с о = (0.710–0.711) ± 0.002 нм, α = (93.3–93.4) ± 0.3 нм, β =

(116.3–116.4) ± 0.2°, γ = (90.1–90.5) ± 0.2°, V o = (0.666–0.668) ± 0.002 нм³.

По данным рентгеноспектрального микрозондового анализа составам плагиоклазов соответствуют следующие эмпирические формулы. Вулкан Ключевской : в алевритовой фракции – (Ca 0.58 Na 0.32 K 0.10 ) [Al 1.58 Si 2.42 O 8 ]; в пелитовой фракции – (Ca 0.60 Na 0.32 K 0.08 ) [Al 1.6 Si 2.4 O 8 ]. Вулкан Камбальны й : в алевритовой фракции – (Ca 0.59 Na 0.30 K 0.11 ) [Al 1.59 Si 2.41 O 8 ], в пелитовой фракции – (Ca 0.52 Na 0.36 K 0.12 ) [Al 1.52 Si 2.48 O 8 ].

Согласно приведенным данным, плагиоклазы в исследуемых пеплах обоих вулканов по составу близки и в целом могут быть определены как плагиоклазы № 52–60. Кроме плагиоклазов, в исследуемых пеплах по составу диагностированы магнетит-ульвит (Fe 0.84–0.86 Mg 0.13–0.15 Mn 0–0.01 )(Fe 1.49–1.75 Ti 0.22–0.48 V 0.01–0.03 ) 2 O 4 (в миналах (мол. %): магнетит – 36–60, уль-вит – 22–48, магноферрит – 13–15, кулсо-нит – 1.5–2, якобсит – 0–1 мол.%); ильме-нит (Fe 0.85 Mg 0.11 Mn 0.03 ) 0.99 (Ti 0.90 Fe 0.10 )O 3 (в

Рис. 6. Нити и частицы органополимеров из пепла 2017 г. с вулкана Ключевского. Белыми стрелками указаны примазки вулканического стекла

По элементному составу нити несколько различаются (мас. %): черные С = 90.3–98.2, N = 0.3–4.5, O = 1–5.5; бурые С = 80.4–93.5, N = 0.8–2.5, O = 6–17.3; красные С = 88.9–93.2, N = 1.3–1.6, O = 6.7– 8.9. Изотопный состав углерода в исследованных частицах и нитях колеблется в пределах δ13СPDB = –26.54… –25.54 ‰. Кроме того, был проанализирован изотопный состав углерода непосредственно в пеплах. Для пеплов с Ключевского и Камбального вулканов значения изотопных коэффициентов составили соответ- миналах (мол. %): ильменит – 76, гейкилит – 11 %, гематит – 10, пирофанит – 3) и пирит Fe0.98S2. В качестве минералов-примесей в пеплах Камбального вулкана диагностированы пирит, каолинит, гипс.

Помимо вышеупомянутых минералов, нами в пепле с вулкана Камбального была обнаружена удлиненная частица самородного Fе, а в пепле Ключевского вулкана – зерна природного дюралюминия и разноцветные (красные, бурые и черные) частицы и нити абиогенных органополимеров (рис. 6). Следует отметить, что такие образования уже выявлялись в продуктах извержения многих камчатских вулканов (Карпов и др., 2014; Карпов и др., 2017; Силаев и др., 2016 а, б ; Силаев и др., 2017). В рассматриваемом случае нити органополимеров по толщине и длине варьируются в пределах соответственно 15–150 мкм и 1–3 мм. На их рентгенограммах регистрируется аморфное гало с максимумом в области 4.5–5 Å, что соответствует аморфным углеродным соединениям.

ственно –27.72 … –27.12 и – 27.03 … – 26.0 ‰. Таким образом, получается, что по изотопному составу углерода конденсированные органические соединения из пеплов Ключевского вулкана, с одной стороны, и эндокриптное углеродное вещество в пеплах как с Ключевского, так и с Камбального вулканов, с другой стороны, практически тождественны и четко коррелируются с углеродными минералами, фазами и соединениями, выявленными нами в продуктах извержений многих камчатских вулканов.

Химический состав пеплов. По химическому составу алевритовые и пелитовые фракции в исследованных пеплах несколько различаются (табл. 3). Пеплы с вулкана Ключевского по химизму больше похожи на андезибазальты, характеризуясь более низкой кремнистостью, но повышенным содержанием магния, железа примесью хрома, а пеплы с вулкана Камбального – ближе к андезитам.

Таблица 3. Химический состав вулканических пеплов, мас. %

Компоненты	Вулкан Ключевской			Вулкан Камбальный
	9000/3	9000/3-3	9000/4	9001/2	9000/1
SiO 2	50.40	51.68	50.84	57.07	56.85
TiO 2	0.80	0.81	0.75	0.54	0.45
ZrO 2	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02
Al 2 O 3	20.96	22.31	21.77	21.74	20.06
Cr 2 O 3	0.03	0.01	0.02	Не обн.	Не обн.
Fe 2 O 3	8.04	6.61	7.09	4.69	5.46
MnO	0.18	0.15	0.16	0.10	0.10
MgO	4.65	2.79	4.41	2.48	2.28
CaO	10.38	10.72	10.51	7.40	6.67
SrO	0.04	0.04	0.04	0.04	0.03
Na 2 O	3.07	3.30	3.05	1.98	2.44
K 2 O	1.22	1.36	1.17	1.09	1.31
P 2 O 5	0.18	0.19	0.16	0.19	0.20
SO 3	0.03	0.01	0.01	2.66	4.13
Нормативные минералы, мол. %
Кварц	Нет	4.61	3.11	14.27	22.04
Плагиоклазы и вулканическое стекло	82.22	81.99	86.62	73.33	64.03
Mg-Fe-Ca-силикаты	14.0	10.09	7.83	6.93	6.63
Циркон	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02
Рутил	0.52	0.56	0.53	0.36	0.32
Магнетит + хромит	2.86	2.32	1.55	2.0	2.03
Пирит	0.03	0.01	Нет	2.70	4.49
Апатит	0.35	0.40	0.34	0.39	0.44

Примечание. Аналитик С. Т. Неверов, ЦКП «Геонаука» Института геологии Коми НЦ УрО РАН.

Полученные нами данные по пеплам с вулкана Камбального довольно близки к аналогичным данным С. Н. Рычагова с соавторами (Рычагов и др., 2017): SiO 2 – 59.67 ± 0.86; TiO 2 – 0.67 ± 0.06; Al 2 O 3 – 17.35 ± 0.98; Fe 2 O 3 – 3.21 ± 0.30; FeO – 2.45 ± 0.34; CaO – 5.68 ± 0.64; MgO – 2.34 ± 0.28; Na 2 O – 3.15 ± 0.16; K 2 O – 1.18 ± 0.15 мас. %. В сопоставляемых результатах обращает на себя внимание небольшая диспропорция между SiO 2 и Al 2 O 3 , но это может быть обусловлено различием в эталонировании в ходе рентген-флюоресцентного анализа.

Анализ химизма пеплов с использованием тетраэдрической диаграммы (рис. 7) приводит к следующим выводам. Все исследованные образцы пеплов по составу оказались аналогичными стеклофазе в ла- вах вулканитов ТТИ-50, изученных нами ранее, что можно, вероятно, расценивать как указание на преимущественно магматическое происхождение пеплов 2017 г. как на Ключевском, так и на Камбальном вулкане.

По кремнезёмистости эти пеплы наиболее близки к андезитам и диоритам, по магнезиальности – к диоритам и гранодиоритам, по содержанию алюминия и кальция они несколько превосходят лавы ТТИ-50 (Волынец и др., 2013), а по содержанию натрия сопоставимы с магматическими породами основного состава, сближаясь с основными плагиоклазами.

Таким образом, получается, что исследованные пеплы по своему химическому составу в целом сходны со средне– основными магматическими породами, но при этом еще более соответствуют основным плагиоклазам.

Рис. 7. Развертка тетраэдрической диаграммы химизма пеплов 2017 г. с вулканов Ключевского и Камбального: 1 – поле состава стеклофазы в лавах ТТИ-50; 2 – состав основных породообразующих минералов в камчатских вулканитах: оливина (ОЛ), клинопироксенов (КП), плагиоклазов (ПЛ); 3 – средние составы вулканических пород: базальтов (Б), андезитов (А), кварцевых диоритов (Д), гранодиоритов (ГД), гранитов (Г), средние составы вулканических пород приведены по А.Н. Заварицкому (базальты, андезиты) и Р.Д. Дэли (кварцевые диориты, гранодиориты, граниты); 4 – точки состава образцов исследуемых пеплов: 9000/3 (1), 9000/3-4 (2), 9000/4 (3), 9001/1 (4), 9001/2 (5)

Проведенные расчеты нормативного минерального состава (табл. 3) показывают, что исследуемые пеплы с Ключевского и Камбального вулканов на 65–87 % состоят из основного плагиоклаза, на 3–22 % из кварца, на 6.5–14 % из Mg-Fe-Ca-силикатов (оливин, пироксены). Очевидно, что эти данные находятся в достаточном согласии с вышеприведенными результатами рентгенофазового анализа. В качестве акцессорных минералов в пеп-лах, судя по расчетам, выступают шпине-лиды (ульвит-магнетит, хромит), апатит, рутил, циркон и пирит. Пелитовые фракции относительно алевритовых несколько обогащены кварцем, но обеднены Мg-Fe-Ca-силикатами. Сопоставление пеплов с

Ключевского и Камбального вулканов показывает, что последние относительно первых богаче кварцем и особенно пиритом, но беднее Мg-Fe-Ca-силикатами.

Микроэлементы . В составе исследованных пеплов выявлены 50 микроэлементов (табл. 4), в том числе (в скобках диапазон колебаний суммарных концентраций в г/т): 5 щелочных и щелочноземельных (220–730), 12 элементов-гидролизатов (2630–6100), 14 лантаноидов (15–50), 13 элементов-халькосидеро-филов (450–1100), 6 полу- и неметаллов (3700–7700). При этом концентрация большинства микроэлементов в пеплах вулкана Камбального ниже таковой в пеп-лах Ключевского на 35–45 %. Размах вариаций содержаний микроэлементов в пеплах Ключевского и Камбального вулканов, а также в алевритовых и пелитовых их фракциях совпадает и в целом сравнительно невелик (коэффициенты вариации, %): щелочные и щелочно-земельные элементы – 32–55; элементы-гидролизаты – 17–52; лантаноиды – 31–43; халькосиде-рофилы – 37–118; полу- и неметаллы – 54–189. Все это свидетельствует, очевидно, о генетической однородности и аналогичном, преимущественно магматическом, происхождении исследованного пеплового материала.

Следует также отметить, что из элементов халькосидерофилов в пеплах обоих вулканов наибольшей концентрацией выделяются Cu, Zn, Cr, Mn, т. е. именно те элементы, которые образуют в первичномагматических пеплах камчатских вулканов акцессорную самородно-металлическую и оксидную минерализацию (Карпов и др., 2014; Силаев и др., 2017).

Расчет корреляционных связей показывает (табл. 5), что основным концентратором микроэлементов в пеплах являются плагиоклазы, дополнительным – Mg-Fe-Ca-силикаты, с кварцем микроэлементы не связаны. Плагиоклазы – главный концентратор щелочных и щелочноземельных, гидролизатных и редкозе-

Таблица 4 . Микроэлементы в составе пеплов, г/т

Элементы	Вулкан Ключевской					Вулкан Камбальный
	9000/3	9000/3-1	9000/3-4	9000/3-5	9000/4	9001/1	9001/2
Li	6.636	4.309	6.178	7.203	6.579	4.549	1.366
Rb	12.559	5.018	14.888	9.784	11.862	15.513	3.784
Cs	0.422	0.176	0.506	0.372	0.416	0.870	0.186
Sr	251.602	454.557	295.488	111.984	272.455	290.136	103.547
Ba	339.466	240.472	413.168	271.022	344.309	304.707	113.952
Сумма	610.685	704.532	730.228	400.365	635.621	615.775	222.835
Sc	15.263	3.851	12.918	192.577	13.927	8.452	4.542
Ga	12.9	16.619	15.248	11.53	13.572	11.549	11.056
Y	15.834	5.26	17.353	17.245	14.908	10.716	3.854
Ti	4120.747	1135.277	4341.207	10916.322	3912.976	2324.417	2393.116
Zr	65.908	23.8	76.282	75.46	62.132	30.688	30.709
Ge	0.979	0.679	1.02	1.248	0.95	1.014	1.014
Hf	2.28	0.871	2.742	2.698	2.136	1.305	1.357
V	161.007	33.878	165.702	508.242	156.16	95.497	99.12
Nb	1.519	0.616	1.77	2.25	1.502	1.437	1.242
Ta	0.139	0.065	0.168	0.19	0.134	0.157	0.131
Th	0.699	0.3	0.82	0.66	0.629	1.403	0.498
U	0.488	0.196	0.571	0.443	0.425	0.551	0.401
Сумма элементов-гидролизатов	5619.133	2630.476	6096.257	12529.595	5450.693	3718.736	2992.71
La	5.357	2.435	6.422	5.239	5.25	6.56	1.783
Ce	13.938	5.983	16.858	13.744	13.705	15.017	4.936
Pr	2.184	0.892	2.574	2.118	2.114	2.0	0.739
Nd	10.619	4.205	12.693	10.417	10.317	9.057	3.646
Sm	3.036	1.113	3.564	2.979	2.882	2.281	1.029
Eu	1.058	0.709	1.243	0.875	1.048	0.867	0.389
Gd	3.48	1.294	4.04	3.566	3.28	2.508	1.129
Tb	0.549	0.194	0.638	0.59	0.514	0.385	0.172
Dy	3.491	1.215	4.037	3.819	3.265	2.494	1.125
Ho	0.739	0.256	0.852	0.816	0.695	0.549	0.24
Er	2.165	0.749	2.515	2.498	2.051	1.657	0.718
Tm	0.323	0.11	0.36	0.371	0.296	0.247	0.111
Yb	2.153	0.748	2.433	2.481	1.995	1.680	0.748
Lu	0.333	0.115	0.367	0.384	0.306	0.259	0.111
Сумма лантаноидов	49.425	20.018	58.596	49.897	47.781	45.561	16.876
Cr	54.239	4.304	18.896	116.623	41.379	3.773	4.419
Mn	858.955	181.477	678.391	1782.482	749.379	445.414	367.4
Co	22.684	5.204	13.706	54.924	18.726	11.536	8.484
Ni	24.318	5.834	9.207	57.155	18.72	4.138	3.557
Cu	40.606	29.398	44.585	80.269	44.75	35.631	24.907
Zn	52.915	14.612	47.367	137.54	48.368	44.622	32.534
Mo	0.492	0.186	0.518	0.79	0.502	1.282	0.64
Ag	0.164	0.136	0.18	0.277	0.139	0.115	0.103
Cd	0.114	0.068	0.124	0.165	0.154	0.236	0.126
Sn	0.698	0.231	0.779	1.283	0.65	0.636	0.598
W	0.132	0.067	0.159	0.156	0.132	0.282	0.218
Tl	0.077	0.103	0.132	0.077	0.102	0.366	0.326
Pb	2.92	2.267	3.87	2.637	3.656	15.051	12.252
Сумма сидеро-халькофильных элементов	1058.314	243.887	817.914	2234.378	926.657	563.082	455.564

Таблица 4. Окончание

Элементы	Вулкан Ключевской					Вулкан Камбальный
	9000/3   1 9000/3-1 ~1 9000/3-4 1 9000/3-5 ~1 9000/4					9001/1	9001/2
B	362.124	225.16	150.758	192.577	86.555	78.474	64.732
As	1.633	1.092	1.692	1.621	1.807	11.858	10.231
Se	Не обн.	Не обн.	Не обн.	Не обн.	Не обн.	5.083	2.181
Sb	0.157	0.087	0.207	0.163	0.17	0.396	0.387
Te	Не обн.	Не обн.	Не обн.	Не обн.	0.052	0.29	0.137
Bi	0.03	0.034	0.031	0.087	0.045	0.763	0.479
Сумма неметаллов	363.944	226.373	152.688	194.448	88.629	96.864	78.147
Итого	7701.501	3826.286	7855.683	15408.683	7149.38 1	5040.018	3766.132
Геохимические модули
Rb/Cs	29.76	28.51	29.42	26.30	28.51	17.83	20.34
Zr/Hf	28.91	27.32	27.82	27.97	29.09	23.52	22.63
Y/Zr	0.24	0.22	0.23	0.23	0.24	0.35	0.13
Nb/Ta	10.93	9.47	10.54	11.84	11.21	9.15	9.48
Th/U	1.43	1.53	1.44	1.49	1.48	2.55	1.24
La/Yb	2.49	3.26	2.64	2.11	2.63	3.90	2.38
Ni/Co	1.07	1.12	0.67	1.04	1.0	0.36	0.42
Cu/Zn	0.77	2.01	0.94	0.58	0.93	0.80	0.77
Cu/Sn	58.17	127.26	57.23	62.56	68.85	56.02	41.65
Pb/Ag	17.8	16.67	21.5	9.52	25.65	23.66	20.49
As/Sb	10.40	12.55	8.17	9.94	10.63	29.94	26.44
Se/Te	Не опр.	Не опр.	Не опр.	Не опр.	Не опр.	17.52	15.92

Примечание. Фракции: 9000/3 –– алевритовая валовая; 9000/3-1 – алевритовая, неэлектромагнитный концентрат; 9000/3 - 4 – алевритовая, электромагнитный концентрат; 9000/3-5 – алевритовая, магнитный концентрат; 9000/4 – пелитовая валовая; 9001/1 – пелитовая валовая; 9001/2 – алевритовая валовая. «Не обн.» – не обнаружено; «Не опр.» – не определено.

Таблица 5. Парные коэффициенты корреляции между основными минералами и группами микроэлементов в пеплах

Кварц 1 Плагиоклазы –0.95 1 Mg-Fe-Ca-силикаты –0.76 0.53 1 Щелочные и щелочноземельные элементы –0.80 0.85 0.43 1 Элементы-гидролизаты –0.94 0.92 0.69 0.82 1 Лантаноиды –0.84 0.85 0.52 0.99 0.86 1 Халькосидерофилы –0.98 0.90 0.81 0.66 0.88 0.70 1 Полу- и неметаллы –0.64 0.38 0.97 0.30 0.51 0.37 0.72 1 Сумма микроэлементов –0.97 0.93 0.74 0.83 0.99 0.88 0.92 0.58 мельных элементов, а Mg-Fe-Ca-силикаты превалируют как концентраторы элементов халькосидерофилов, полу- и неметаллов. Между группами микроэлементов выявляется и собственная система корреляции. Наиболее тесно связаны между собой группы щелочных и щелочноземельных, гидролизатных и редкоземельных элементов. Халькосидерофиль-ные элементы, полу- и неметаллы теснее связаны между собой, нежели с элемента ми других групп. Очевидно, что такое расщепление корреляционных связей между микроэлементами обусловлено их разным предпочтением минералов-концентраторов.

На основании полученных данных была рассчитана серия геохимических модулей (табл. 4), позволяющих провести сопоставление исследуемых пеплов с различными типами магматических и осадочных горных пород.

Пеплы с вулканов Ключевского и Камбального довольно однообразно обнаруживают геохимическую толерантность к следующим типам космогеологических субстратов: по Rb/Cs и Zr/Hf – к терригенным породам; Y/Zr, Ni/Co, Cu/Zn, Cu/Sn – к базальтам; As/Sb – к андезитам; Nb/Ta, Th/U, Se/Te – к хондритам (геохимически недифференцированное в земных условиях вещество), La/Yb, Pb/Ag – к хондритам и базальтам. Обобщение этих данных приводит к заключению о том, что вероятность геохимической привязки исследуемых пеплов к первичным субстратам снижается в направлении от базальтов (42 %) к хондритам (33 %), терригенным осадочным породам (17 %) и к андезитам (8 %). Таким образом, плагиоклазовые по фазовому составу пеплы с обоих вулканов обнаруживают тем не менее 75 %-ное геохимическое сродство с недифференцированным в коровых условиях, т. е. глубинным по источнику, магматогенным веществом.

Дополнительную информацию можно получить из анализа хондритнормирован-ных трендов лантаноидов (рис. 8). Проведенный анализ показал, что исследуемые пеплы по форме кривых нормированных концентраций обнаруживают большое сходство с базальтоидными лавами, например, с лавами извержения ТТИ-50, но при этом характеризуются почти на порядок меньшими концентрациями всех лантаноидов. Минимальная концентрация этих микроэлементов зафиксирована в электромагнитном концентрате алевритовой фракции пепла с Ключевского вулкана (№ 9000/3-1) и в алевритовой фракции пепла с Камбального вулкана.

Незначительность Eu аномалии на большинстве кривых и умеренная дифференциация лантаноидов (La*/Yb* = 3–5) говорят соответственно о слабом проявлении в первичных расплавах фракционирования плагиоклазов и одновременно о существенной реализации фракционирования оливина и клинопироксенов. Обращает на себя внимание некоторый «провес» кривых относительных концентраций в области средних лантаноидов (Gd–Ho) в пеплах вулкана Камбального, что может говорить о присутствии в этих пеплах роговой обманки.

Очевидно, что в связи с картиной распределения лантаноидов в исследуемых пеплах, имеющих преимущественно пла-гиоклазовый состав, возникает вопрос об отсутствии на соответствующих кривых достаточно выраженного Eu-максимума. Наш ответ на этот вопрос состоит в том, что факт недостаточного обогащения европием плагиоклазов в пеплах был обусловлен относительно слабым проявлением фракционирования плагиоклазов и конкуренцией со стороны других минералов – естественных концентраторов Eu, например, амфиболов.

Рис. 8. Хондрит-нормированные тренды лантаноидов в пеплах 2017 г. с вулканов Ключевского и Камбального (а), а также в лавах ТТИ-50 по данным А. О. Волынец (Волынец и др., 2013) (б) и А. С. Мяндина (в)

Заключение

Результаты минералого-геохимических исследований пеплов 2017 г. с вулканов Ключевского и Камбального, характеризующихся разными геологическими позициями (Ключевской – ЦентральноКамчатская депрессия, Камбальный – юго-восточное окончание ВосточноКамчатского вулканического хребта), позволяют сделать следующие выводы.

Исследованные пеплы несколько различаются по химическому составу: с Ключевского вулкана пепел близок к ан-дезибазальтам, а с Камбального – к андезитам. По нормативно-минеральному составу они на 65–87 % сложены основными плагиоклазами, на 3–22% кварцем, на 6.5–

14 % Mg-Fe-Ca-силикатами (оливином, пироксеном, вероятно, роговой обманкой). При этом пепел с вулкана Камбального отличается несколько более кислым составом плагиоклаза и более высоким содержанием кварца. В качестве акцессорных минералов в пеплах обнаружены шпинелиды (ульвит-магнетит, магнетит, хромит), ильменит, рутил, апатит, циркон, пирит и самородно-металллические фазы (Al, Cu, Fe). Пелитовые фракции относительно алевритовых несколько обогащены кварцем, но обеднены Мg-Fe-Ca-силикатами. По результатам исследований С. Н. Рычагова (Рычагов и др., 2017), в качестве небольшой примеси в пепле Камбального вулкана присутствуют предположительно резургентные по своей природе титанит, андрадит, каолинит и гипс. Однако мы не склонны переоценивать вклад такого материала в пепел с Камбального вулкана, поскольку преимущественно резургентные вулканические пеплы характеризуются гораздо более гетерогенным минеральным парагенезисом. В составе такого парагенезиса основную роль играют минералы не магматического, как в рассматриваемых случаях, а метаморфического и флюидо-гидротермального происхождения (Аникин и др., 2011; Аникин и др., 2018).

Особенное значение имеет факт обнаружения в исследуемых пеплах нитевидных форм абиогенного конденсированного органополимерного вещества CNO-состава. Следует подчеркнуть, что по изотопному составу углерода эти образования тождественны подобным нитям и частицам, выявленным к настоящему времени в продуктах современного вулканизма в Камчатско-Филиппинском островодужном мегапоясе на протяжении 6000 км. Более того, проведенный анализ показал, что в самих пеплах как с Ключевского, так и Камбального вулканов присутствует примесь эндокриптного углеродного вещества, изотопный состав углерода в котором практически совпадает с таковым в органополимерных нитях.

В составе пеплов выявлены 50 микроэлементов, подразделяющиеся на пять групп: щелочные и щелочно-земельные, гидролизатные, лантаноиды, халькосиде-рофилы, полу- и неметаллы. Анализ приводит к заключению, что преимущественно плагиоклазовые по минеральному составу пеплы с обоих вулканов обнаруживают на 75 % геохимическое сродство с недифференцированным в коровых условиях субстратом, т. е. глубинным по источнику веществом. По форме кривых хондритнормированных концентраций лантаноидов пеплы с обоих вулканов близки базальтоидным лавам ТТИ-50. Незначительность Eu-аномалии на большинстве таких кривых и выявляющаяся умеренная дифференциация лантаноидов говорят соответственно о слабом проявлении в первичных расплавах фракционирования плагиоклазов и одновременно существенной реализации фракционирования оливина и пироксенов.

Можно предполагать, что в обоих исследованных нами случаях пеплы были непосредственно связаны с достаточно глубинными магматическими камерами, о чем свидетельствуют их минералогогеохимические свойства, гранулометрическая и морфологическая однородность частиц, наличие в пеплах с обоих вулканов значительного содержания свежего вулканического стекла. Как можно предполагать, в начале извержений имел место процесс медленного подъема магматических расплавов с их фракционированием и гравитационным расслоением на нижнюю Mg-Fe-силикатную и верхнюю алюмосиликатную фракции. Частичная эрупция последней происходила в виде пеплов, а оставшаяся масса алюмосиликатного расплава в силу вязкости и склонности к быстрому отвердеванию закупорила магматический канал и тем самым предотвратила лавовое извержение по гавайскому типу.

Авторы благодарят Л. П. Аникина, А. А. Соболеву, Д. Н. Ремизова и А. С. Мян-дина за помощь в исследованиях и ценные замечания.