Петрографические особенности игнимбритов и пемзовых туфов Мутновско-Гореловской группы вулканов (Камчатка)

Цель исследования — выявление геологической приуроченности пемзовых туфов района гор Пемзовая и Тарбаганья к вулканитам вулкана Горелый. Также вероятно, что пемзовые гряды образовались как два самостоятельных покрова вследствие трещинного извержения.

Существуют различные точки зрения авторов на формирование пемзовых туфов района гор Пемзовая и Тарбаганья. Одни исследователи считают, что туфы относятся к производным породам вулкана Мутновский [5—7], другие сопоставляют их с пемзовыми отложениями, которые распространены вокруг кальдеры вулкана Горелый [4], третьи считают, что эти горки — следы самостоятельных трещинных извержений [11].

Задача исследования — определить петрографические, минералогические и структурно-текстурные особенности пемзовых туфов района гор Пемзовая и Тарбаганья, выявить и сравнить их общие характеристики с пемзовыми отложениями и игнимб-ритами вулкана Горелый.

Нами были отобраны и проанализированы пемзы, игнимбриты, а также пемзовые туфы, слагающие горы Пемзовая и Тарбаганья.

Исследованные пемзовые отложения и игнимбриты расположены в юго-восточной части полуострова Камчатка (рис. 1).

Рассматриваемые в данной работе пирокластические отложения, представленные игнимбритами и пемзами, относятся к кальдерному комплексу вулкана Горелый. Шарапов и др. [11] относили игнимбриты к трещинным извержениям, но большинство исследователей полагают, что они сформировались в период возникновения кальдеры вулкана Горелый вследствие обрушения кровли крупного магматического очага, внедренного в земную кору, как реакция на его опустошение серией грандиозных извержений газонасыщенной дацит-андезитовой магмы. Порожденные ими пемзопады и высокоподвижные пирокластические потоки сформировали многослойный покров пемзовых туфов и главным образом игнимбритов [2, 6— 8, 10].

Методика исследования

Состав минералов определятся в аналитических центрах Института геологии Коми НЦ УрО РАН и ИВиС ДВО РАН на сканирующих электронных микроскопах VEGA 3 TESCAN. Режим съемки — ускоряющее напряжение катода 20 кВ. Ошибка анализа не превышает 2—5 отн. %.

Для минералогических расчетов использовались программа PetroExplorer, версии 3.1.1.2, созданная Е. В. Кориневским (Институт минералогии УрО РАН) [13].

Результаты исследований

Породы гор Тарбаганья и Пемзовая представлены пемзовыми туфами риодацитового состава. Пемзовые туфы состоят из обломков кристаллокластов, стекла (витрокластов) и литокластов. Характерна обломочная лито-, кристал-ло-, витрокластическая структура [3]. Цементирующим материалом служит разложенное вулканическое стекло, имеющее выраженную пузыристую текстуру. Количество обломков кристаллокластов в породе 25—35 %. Среди них резко преобладают плагиоклазы (85—90 %), в подчиненном количестве отмечаются ортопироксен (6—10 %) и клинопироксен (1—5 %) (см. таблицу). Размеры кристаллокластов варьируются от 0.2 до 1.5 мм [9].

Плагиоклаз относится по составу ^{к а}Нд^езиНу ^(An 38,68 ^Ab 61,26 ^Or 3,06 ^{) - лаб}р^ад^ору ^(An₃₈ ,6 ₈ ^Ab 61,26 ^Or 3,06 ) ⁽р^ис. ²; рис. 4, а). Наряду с плагиоклазами присутствуют щелочные полевые шпаты, представленные анортоклазом — санидином (An 9 ₁₉Ab_{58 09}Or_{32 71}).

Ортопироксен образует довольно крупные кристаллы шестоватой и таблитчатой формы, по составу соответству-

Рис. 1. Карта расположения вулканов Мутновский и Горелый, районы исследований показаны прямоугольной рамкой. Условные обозначения: 1 — места отбора игнимб-ритов и пемз вулкана Горелый, 2 — места отбора пемзовых туфов

Fig. 1. Map of location of Mutnovsky and Gorely volcanoes, areas of research are shown by rectangular frame. Legend: 1 — sites of picking ignimbrites and pumice of Gorely volcano, 2 — sites of picking pumice tuffs

ет феррогиперстену (Wo_1-4 En_60-69Fs_15-39) и пижониту (Wo_5-9En 5 _6-63Fs_31-56). Клинопироксен представлен редкими вкрапленниками шестоватой формы, отвечающими по составу авгиту (Wo_39-41 x х En_41-44Fs_14-18), наблюдается переходная форма от пижонита к авгиту (Wo₂₀ x х En₄₈ Fs₃₁) (рис. 3; 4, а, б).

Акцессорные минералы представлены преимущественно небольшими вкрапленниками размером 0.01—0.1 мм и редкими мелкими зернами в основной массе, которые по составу соответствуют апатиту, титаномагнетиту, ильмениту. Титаномагнетит имеет решетку (структура распада твердых растворов).

Помимо породообразующих минералов в породе присутствуют вторичные зерна хлорита, гидрослюд и кварца, которые заместили плагиоклазы, — это свидетельствует о том, что в районе гор Пемзовая и Тарбаганья была активная гидротермальная деятельность.

Основная масса представлена плагиоклазами и неоднородным де-витрофицированным стеклом базальтового риолитового состава (54.64— 84.52 вес. % SiO2).

Литокласты в пемзовых туфах района гор Пемзовая и Тарбаганья представлены тремя видами: пемзами андезитового-риодацитового состава; ксеногенными обломками базальтов и

Химический состав проанализированных минералов

Chemical composition of the studied minerals

№ точки	SiO2	TiO2	A12O3	FeO	MnO	MgO	CaO	Na,0	K2O	Сумма	En	Fs	Wo	An	Ab	Or
1.1	54.23	0.00	0.64	17.76	1.07	25.07	1.30	0.00	0.00	100.07	68.54	28.9	2.55	—	—	—
1.2	58.2	0.00	25.97	0.50	0.00	0.00	8.02	6.71	0.49	99.89	_	—	—	58.53	38.66	2.81
1.3	52.74	0.84	2.01	8.94	0.50	15.78	19.9	0.46	0.00	101.17	44.6	14.98	40.42	_	_	_
2.1	54.61	0.00	28.82	0.63	0.00	0.00	11.38	4.95	0.29	100.68	—	—	—	43.31	55.02	1.67
2.2	57.75	0.00	26.76	0.65	0.00	0.00	8.64	6.59	0.58	100.97	—	—	_	56.10	40.64	3.24
2.3	54.38	0.29	1.00	15.38	0.49	27.05	1.65	0.00	0.00	100.24	72.85	23.96	3.19	—	_	_
2.4	54.00	0.32	1.35	15.84	0.60	26.66	2.00	0.00	0.00	100.77	71.62	24.52	3.86	—	—	—
2.5	52.11	0.61	2.34	8.98	0.37	15.8	20.02	0.37	0.00	100.6	44.59	14.81	40.6	—	—	_
3.1	54.46	0.32	1.08	17.83	1.21	25.07	1.32	0.00	0.00	101.29	68.29	29.12	2.58	—	—	—
3.2	55.19	0.00	27.03	0.34	0.00	0.00	9.86	5.42	0.28	98.12	—	_	—	49.03	49.29	1.66
3.3	58.60	0.00	27.03	0.57	0.00	0.00	8.81	6.38	0.50	101.89	—	—	_	55.10	42.05	2.84
3.4	51.73	0.65	2.14	8.59	0.60	14.77	20.85	0.44	0.00	99.77	42.30	14.78	42.92	_		_

Рис. 2. Диаграмма An-Ab-Or для плагиоклазов исследованных пород. Условные обозначения: 1 — пемзовые туфы гор Тарбаганья и Пемзовая; 2 — пемзы вулкана Горелый; 3 — игнимбриты вулкана Горелый

Fig. 2. An-Ab-Or diagram for plagioclases of the studied rocks. Legend: 1 — pumice tuffs of mountains Tarbaganya and Pemzovaya; 2 — pumices of Gorely volcano; 3 — ignimbrites of Gorely volcano

Рис. 3. Диаграмма En-Wo-Fs для пироксенов исследованных пород. Поля составов пироксенов [1]: 1 — энстатит, 2 — бронзит, 3 — гиперстен, 4 — феррогиперстен, 5 — эвлит, 6 — ферросилит, 7 — Mg-пижонит, 8 — пижонит, 9 — Fe-пижонит, 10 — субкальцевый авгит, 11 — субкальцевый ферроавгит, 12 — эндиопсид, 13 — авгит, 14 — ферроавгит, 15 — феррогеденбергит, 16 — диопсид, 17 — салит, 18 — ферросалит, 19 — геденбергит. Штриховкой на диаграмме показаны поля составов, не встречающихся у природных пироксенов. Условные обозначения см. на рис. 2

Fig. 3. En-Wo-Fs diagram for pyroxene of the studied rocks. Pyroxene composition fields according [1]: 1 — enstatite, 2 — bronzite, 3 — hypersthene, 4 — ferrohypersthene, 5 — eulite, 6 — ferrosilite, 7 — Mg-pigeonite, 8 — pigeonite, 9 — Fe-pigeonite, 10 — subcalcium augite, 11 — subcalcium ferroaugite, 12 — endiopside, 13 — augite, 14 — ferroaugite, 15 — ferro-hedenbergite, 16 — diopside, 17 — salite, 18 — ferrosalite, 19 — hedenbergite. Shaded area on the diagram shows the composition fields, which do not occur in nature pyroxenes. See legend on Fig. 2

дациандезитов с гиалопилотаксито-вой структурой и микролитами плагиоклаза размером 0.2—0.4 мм; гидротермально-измененными дацитами с халцедоновыми секрециями размером 15-25 мм.

Игнимбриты вулкана Горелый представляют собой массивные темно-серые или красноватые породы дацитово го состава (67.25-68.05 вес. % SiO2). Они так же, как и пемзовые туфы, состоят из обломков кристаллокластов, вулканического стекла (витрокластов) и литокластов. Структура породы обломочная лито-, кристалло-, витрокластичес-кая. Доля вкрапленников до ~20 %.

Породообразующие минералы представлены плагиоклазами, орто пироксенами и клинопироксенами (см. таблицу). Размеры кристаллокластов варьируются от 0.1 до 3 мм.

Плагиоклаз образует кристаллы удлиненно-табличатой формы, относящиеся по составу к ряду олигоклаз — лабрадор (рис. 2; 4, в).

Ортопироксен отмечен в виде мелких кристаллов округлой или шестова-той формы, отвечающих по составу феррогиперстену (Wo_2-4En_66-69Fs_23-31), (Wo_7-9 En_43-45Fs_45-49) и эвлиту (Wo_2-3 x x En_70-72Fs_23-27). Клинопироксен отмечен в виде редких вкрапленников ше-стоватой формы, отвечающих по составу авгиту (Wo_39-44 En_35-44 Fs_15-20) и диопсиду (Wo₄₅En₃₀Fs₂₄) (рис. 3; 4, в).

Акцессорные минералы представлены титаномагнетитом, ильменитом, апатитом, магнетитом и гематитом. Титаномагнетит имеет решетку (структура распада твердых растворов).

Игнимбриты были подвержены процессам гидротермальной деятельности — отмечены зерна хлорита, заместившие минералы плагиоклаза и щелочных полевых шпатов.

Основная масса сложена плагиоклазами и девитрофицированным стеклом дацитового-риолитового состава (66.76—90.09 вес. % SiO2). Микроструктура основной массы гиалиновая.

Ксеногенные обломки (литокласты) представлены базальтами и анде-зибазальтами. Их количество колеблется от 5 до 20 % в породах, размеры варьируются от несколько миллиметров до 5 сантиметров.

В пемзах вулкана Горелый присутствуют кристаллы-вкрапленники, между которыми расположена стекловатая основная масса [3]. Породы почти не изменены вторичными процессами; имеются пустоты до 23 мм. Ксеногенные обломки отсутствуют.

Структура пород редкопорфировая, микроструктура основной массы гиалиновая, близкая к флюидальной. Кристаллокласты составляют ~1—5 % от общего объема породы. Размер их варьируется от 1 до 2 мм. Вкрапленники распределены в породах неравномерно, представлены плагиоклазом, орто- и клинопироксенами (см. таблицу).

Кристаллы плагиоклаза идио-морфны, изометричной или таблитчатой формы. Их минеральный состав аналогичен плагиоклазам из пород гор Тарбаганья и Пемзовая —это андезин (47—37 % мол. An), лабрадор (An_{49 81} х x Ab_{49 81}Or₂₁₄), переходные разности между андезином и лабрадором ^(An 47,62 ^Ab 50,31 ^Or 2,07 ) ⁽р^ис. ^{2 4}, ^г)

Ортопироксен образует крупные кристаллы округлой формы, по составу отвечает феррогиперстену (Wo_2- 3 x x Bn_68-6gPs_28-2g). Клинопироксен представлен редкими вкрапленниками таблитчатой формы, отвечающими по составу авгиту (Wo_41-42 En_42-44 Ps_14-15) (рис. 3; 4, г). В редких случаях кристаллы клинопироксена содержат микровключения сульфида — пирит.

Акцессорные минералы представлены небольшими вкрапленниками размером 0.01—0.3 мм и редкими мелкими зернами в основной массе, которые по составу соответствуют апатиту, титаномагнетиту, ильмениту .

Основная масса пемз вулкана Горелый сложена нераскристаллизован-ным стеклом риодацитового состава (68.49-70.27 вес. % SiO₂) и редкими, очень мелкими кристаллами рудных минералов .

Обсуждение результатов

Проведенные петрографические исследования пород показали, что пемзовые туфы района гор Пемзовая и Тарбаганья схожи с пирокластическими отложениями вулкана Горелый. Пемзовые туфы и игнимбриты имеют похожую структуру — обломочную лито-, кристалло-, витрокластичес-кую. Набор кристаллов-вкрапленников также схож (плагиоклазы, щелочные полевые шпаты, орто- и клинопироксены).

Пемзовые туфы и игнимбриты имеют ксеногенные обломки, пемзы вулкана Горелый состоят лишь из стекла и минералов-вкрапленников, имеют порфировую структуру. Поэтому можно предположить, что породы гор Пемзовая и Тарбаганья схожи именно с игнимбритами вулкана Горелый и имеют схожий генезис.

Выводы

Исследованные кислые породы вулкана Горелый, пемзовые туфы гор Пемзовая и Тарбаганья имеют идентичный набор минералов-вкрапленников (плагиоклаз + ортопироксен + клинопироксен) и акцессорных минералов (ильменит, титаномагнетит, апатит). Наличие в породах кристаллов ильменита и феррогиперстена позволяет предположить, что их кристаллизация происходила в относительно восстановительных условиях.

Пемзовые туфы сложены из обломков горных пород — базальтов, андезитов и риодацитов. Порообразующие минералы представлены плагиок-

Рис. 4. Вкрапленники плагиоклаза, ортопироксена и клинопироксена в пемзовых туфах гор Пемзовая и Тарбаганья (а, б); игнимбритах (в) и пемзах (г) вулкана Горелый

Fig. 4. Plagioclase, orthopyroxene and clinopyroxene in pumice tuffs and pumice of Pemzovaya and Tarbaganya mountains (a, б); ignimbrites (d) and pumices (г) of Gorely volcano

лазами (андезин — лабрадор), пироксенами (феррогиперстен — пижонит; авгит) и щелочными полевыми шпатами (анортоклаз — санидин).

Игнимбриты сложены очень кислым стеклом и различными обломками горных пород. Набор минералов-вкрапленников схож с пемзовыми туфами гор Пемзовая и Тарбаганья: плагиоклазы (олигоклаз — лабрадор), орто- (феррогиперстен — эвлит) и клинопироксены (авгит — диопсид).

Пемзы вулкана Горелый состоят из нераскристаллизованного кислого стекла и фенокристаллов. Ксеногенные обломки отсутствуют. Но минеральный состав схож с породообразующими минералами пемзовых туфов — это плагиоклазы ряда андезин — лабрадор и пироксены ряда феррогиперстен, авгит.

Пемзы, игнимбриты вулкана Горелый и пемзовые туфы гор Пемзовая и Тарбаганья имеют схожий минеральный состав и текстурно-структурные характеристики, что позволяет сделать вывод о том, что они принадлежат к деятельности одного вулкана — вулкана Горелый.

Однако существует ряд вопросов в формировании пемзовых гор Пемзовая и Тарбаганья. Эти гряды имеют северо-восточное простирание и морфологически относятся к вулкану Мут-новский. Именно по этой причине многие исследователи относят пемзовые горки к Мутновскому вулкану. Для решения данной проблемы потребуются дополнительные исследования.

За помощь в проведении исследований авторы выражают благодарность сотрудникам Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН М. Ю. Пузанко-ву, Г. П. Пономареву, Р. Л. Дунин-Бар-ковскому, а также доктору геол.-мин. наук В. А. Петровскому за полезное обсуждение полученных результатов.

Исследования были проведены по программе научно-исследовательских работ, выполняемых в Камчатском государственном университете имени Витуса Беринга в рамках государственного заказа 2012 г. (регистрационный номер НИР: 5.3799.2011).