Петрология, 2023, T. 31, № 3, стр. 281-299

Петрография пород

Среди пород нашей коллекции мы выделили пять основных петрографических типов – оливиновые (Ol ³³) и оливин-клинопироксеновые (Ol-Cpx) базальты, оливин-клинопироксен-плагиоклазовые (Ol-Cpx-Pl) базальты и андезибазальты, пироксен-плагиопорфировые (Px-Pl ± Ol) андезибазальты и амфиболовые (Amp) андезиты. Редким петрографическим типом не только в числе пород вулканов Харчинский и Заречный, но и в целом среди четвертичных лав Камчатки являются Amp ± ± Ol ± Cpx ± Phl базальты-андезибазальты. По минеральному составу и структурным особенностям, а именно по присутствию в числе фенокристаллов исключительно Fe-Mg минералов, среди которых преобладает амфибол, эти породы можно отнести к породам лампрофирового ряда – спессартитам (Петрографический …, 2008).

Ol- и Ol-Cpx базальты (рис. 3а, 3б) слагают моногенные конусы в районе Харчинского озера, отдельные лавовые потоки вершинной части влк. Харчинский и соммы влк. Заречный. Породы содержат от ~10 до 25 об. % вкрапленников и имеют серийно-порфировую структуру, которая обусловлена присутствием нескольких генераций фенокристаллов оливина. Как правило, по размерности выделяется две генерации – крупные (1–2 мм) кристаллы, которые иногда образуют мономинеральные гломеропорфировые сростки, и мелкие (>0.8 мм) округлые зерна. В одном из образцов (обр. К2-92) кроме перечисленных двух генераций оливина присутствуют и мегавкрапленники размером до 5–6 мм (рис. 3а). Все оливины в большинстве случаев идиоморфны, однако в отдельных образцах можно наблюдать и скелетные формы. Вкрапленники клинопироксена единичны в Ol-базальтах, а в Ol-Cpx составляют до 10 об. %. Для этих пород типичны гломеропорфировые сростки, в которых крупные ритмично-зональные фенокристаллы авгита содержат в центре реликты раннего оливина, а по краям обрастают идиоморфным более поздним и более железистым оливином (рис. 3б). Основная масса Ol- и Ol-Cpx базальтов гиалопилитовая или микролитовая, состоит из вулканического стекла и мелких зерен пироксенов и оливина, магнетита и небольшого количества рассеянных лейст плагиоклаза.

Рис. 3.

Основные петрографические разности пород вулканов Харчинский и Заречный. (a) – оливиновые базальты влк. Харчинский; (б) – оливин-клинопироксеновые базальты влк. Харчинский; (в) – оливин-клинопироксен-плагиоклазовые базальты влк. Харчинский; на врезке представлен типичный зональный вкрапленник клинопироксена с внутренней зоной, переполненной включениями расплава; (г) – пироксен-плагиоклазовые амфиболсодержащие андезибазальты моногенных конусов; (д) – амфиболовые андезиты экструзий влк. Заречный; (е) – амфиболовые (оливин-, клинопироксен- и флогопитсодержащие) базальты-андезибазальты даек центральной части влк. Харчинский. Amp – амфибол, Cpx – клинопироксен, Crb – кристобалит, Ol – оливин, Pl – плагиоклаз, Phl – флогопит.

Ol-Cpx-Pl базальты-андезибазальты (рис. 3в) преобладают среди лав влк. Харчинский. Среди темноцветных вкрапленников этих пород преобладает клинопироксен ~10–12 об. %, оливин составляет около 7–10 об. %, в подчиненном количестве (2–4%) присутствует и ортопироксен. Для этих пород типично обилие (до 15–20 об. %) субфенокристаллов плагиоклаза, равномерно распределенных между Fe-Mg вкрапленниками (рис. 3в). Еще одной отличительной чертой Ol-Cpx-Pl лав являются ритмично-зональные кристаллы авгита с внутренней зоной резорбции и обилием включений расплава. В составе основной массы пород – микролиты плагиоклаза, пироксенов и переменное количество стекла и титаномагнетита.

Большая часть даек центральной части влк. Харчинский петрографически близка описанным выше лавам, однако в их числе отмечаются и полнокристаллические разности. Последние неравномерно раскристаллизованы, имеют долеритовые, интерсертальные, иногда офитовые основные массы. Сложены идиоморфными таблитчатыми кристаллами плагиоклаза (лабрадор-битовнит), менее идиоморфными зернами клинопироксена и оливина, рудными минералами (титаномагнетит, ильменит).

Px-Pl ± Ol андезибазальты (рис. 3г) слагают отдельные конусы Харчинского озера, где ассоциируют с лавами Ol-базальтов (рис. 1в). Среди фенокристаллов этих пород резко преобладает плагиоклаз (до 20–25 об. %), пироксены находятся в резко подчиненном количестве (7–10 об. %). Оливин (0–3 об. %) представляет собой либо округлые мелкие резорбированные (0.5–0.8 мм) зерна, окруженные мелкозернистым Px-Pl агрегатом, либо сохраняется в виде реликтов в центре крупных гломеропорфировых сростков пироксенов. Преобладающие в породах вкрапленники плагиоклаза имеют размер 1–1.5 мм и часто обнаруживают ситовидную текстуру – их центральные зоны переполнены мелкими включениями стекла. Клинопироксены преимущественно представлены идиоморфными призматическими кристаллами размером 0.5–0.8 мм. Клинопироксен гломеропорфировых сростков отличается более крупными размерами и интенсивной резорбцией краевых частей. Ортопироксен развит в краевых частях гломеропорфировых сростков, а также в виде субвкрапленников. Основная масса этих пород преимущественно микролитовая с обилием рудного минерала.

В одном из образцов этой группы пород (обр. К2-83Е, рис. 3г) обнаружены реликты роговой обманки, полностью опацитизированные или же сохранившиеся в виде небольших фрагментов в двойной кайме – внутренней опацитовой и внешней, состоящей из мелкозернистого Px-Pl-Mag агрегата.

Amp-андезиты (рис. 3д) слагают внутрикратерные экструзии влк. Заречный. Амфибол с тонкой опацитовой каймой резко преобладает в числе фенокристаллов (до 25 об. %), плагиоклаза в породах существенно меньше (5–7 об. %). Наиболее крупные кристаллы амфибола в ядрах содержат реликты клинопироксена, а иногда и оливина. В микрокристаллической основной массе андезитов кроме обильных микролитов плагиоклаза присутствуют выделения кристобалита и калиевого полевого шпата.

Amp ± Ol ± Cpx ± Phl базальты-андезибазальты (рис. 3е) были обнаружены нами в двух дайках (обр. 7410, 7423, рис. 1г) вблизи центрального некка влк. Харчинский. Породы аналогичного состава были описаны также и в пределах некка/субвулканического тела (Волынец и др., 1999; Секисова и др., 2021; Siegrist et al., 2019). Это светло-серые породы с лампрофировой структурой – фенокристаллы представлены, главным образом, амфиболом (~30 об. %) и небольшим количеством резорбированных зерен оливина и клинопироксена. В незначительных количествах присутствуют выделения слюды, отвечающей флогопиту с Mg# = 82–85 мол. % (Волынец и др., 1999). Основная масса пород сложена микролитами плагиоклаза, амфибола и, согласно (Волынец и др., 1999), единичными выделениями калиевого полевого шпата.

Валовый состав пород

Большая часть изученных пород вулканов Харчинский и Заречный является базальтами и андезибазальтами умеренно-К серии (рис. 4a, 4б). Amp ± Ol ± Cpx ± Phl базальты-андезибазальты (обр. 7410 и 7423) влк. Харчинский аномально обогащены K₂O и попадают в области высоко-K андезибазальтов и шошонитов (рис. 4б). Магнезиальность пород варьирует от 75 мол. % в Ol- и Ol-Cpx базальтах до 52 мол. % в Px-Pl ± Ol андезибазальтах при содержании MgO от 14.16 до 4.42 мас. % соответственно. Образец K2-92 аномально обогащен MgO (рис. 4в, 4г), Ni и Cr (Suppl. 1, ESM_4.xlsx), что говорит о его кумулятивной природе. Экструзивные лавы влк. Заречный представлены андезитами (Mg# = 60–61 мол. %), состав которых близок породам влк. Шивелуч (рис. 4). Раннее обеднение некоторых из изученных пород по содержанию TiO₂ (рис. 4в) может говорить об их гибридной природе – смешении примитивных и дифференцированных магм.

Рис. 4.

Особенности содержаний петрогенных компонентов в изученных образцах. Состав пород влк. Шивелуч взят из работ (Горбач, Портнягин, 2011; Gorbach et al., 2013), состав пород влк. Ключевской взят из ряда работ, внесенных в базу данных GEOROC. Классификационные линии нанесены в соответствии с (Gill, 2011).

Распределение рассеянных элементов в изученных образцах характерно для надсубдукционных пород. Оно выражается в отрицательных аномалиях содержаний некоторых высокозарядных элементов (HFSE) и положительных аномалиях содержаний крупноинных литофильных элементов (LILE). Характер распределения рассеянных элементов и их абсолютные содержания практически идентичны между всеми группами пород (рис. 5a–5в). Исключением являются образцы Amp ± Ol ± Cpx ± ± Phl базальтов-андезибазальтов, проявляющие аномальное обогащение по содержанию ряда некогерентных элементов – Ba, U, Th, La, Ce, Pr, Sr, Nd, Zr, Sm, Eu и Gd (рис. 5г). Обращает на себя внимание обогащение данных пород Ba относительно Rb, содержание которого находится на том же уровне, что и в случае умеренно-К пород.

Рис. 5.

Спектры распределения рассеянных элементов в изученных образцах. Содержания нормированы на теоретические содержания элементов в примитивной мантии (PM, Sun, Mcdonough, 1989). Состав пород влк. Шивелуч взят из работ (Горбач, Портнягин, 2011; Gorbach et al., 2013), состав пород влк. Ключевской взят из работы (Churikova и др., 2001).

Изученные образцы умеренно-K пород вулканов Харчинский и Заречный имеют тот же характер распределения рассеянных элементов и тот же диапазон их абсолютных содержаний, что и умеренно-K породы соседних вулканов – влк. Ключевской (Churikova et al., 2001) и влк. Шивелуч (Горбач, Портнягин, 2011; Gorbach et al., 2013) (рис. 5д). В то же время обогащенные K₂O породы влк. Харчинский не имеют аналогов среди лав близлежащих вулканов – высоко-К лавы влк. Шивелуч не имеют схожих уровней обогащения некогерентными элементами (рис. 5е).

Оливин

Состав вкрапленников оливина изученных образцов варьирует в широком диапазоне как для главных, так и для второстепенных элементов (рис. 6). Магнезиальность оливина покрывает диапазон от 70.4 до 92.6 мол. %. Наиболее магнезиальный оливин (Mg# > 90 мол. %) встречается в образцах Ol-Cpx и Ol-Cpx-Pl лав постройки вулканов Харчинский (обр. 7424-1) и Заречный (обр. K2-94, 7413 и ZAR-11-1B). Оливин с Mg# > 92 мол. % в центральных частях зерен найден только в образце дайки центральной части постройки влк. Харчинский (обр. 7424-1). Кристалл, имеющий Mg# = = 92.6 мол. %, повторяет максимальные значения для четвертичных лав Камчатки, зафиксированные ранее только для оливина пород извержения влк. Шивелуч 3600 ¹⁴С лет назад (Горбач, Портнягин, 2011). Наименее магнезиальный оливин встречается в образцах Px-Pl ± Ol андезибазальтов (обр. K2-84B) и базальтов (обр. K2-85) моногенных конусов, а также в отдельных разностях базальтов построек вулканов Харчинский (обр. 7429) и Заречный (обр. K2-96B).

Рис. 6.

Особенности состава оливина изученных пород. Состав оливина базальтов срединно-океанических хребтов приведен в соответствии с работой (Sobolev и др., 2007), состав оливина в породах других вулканов Камчатки – (Nekrylov et al., 2022). Поле типичных для перидотитов значений Fe/Mn нанесено в соответствии с (Herzberg, 2011). Тренды изменения содержания Ni в оливине нанесены в соответствии с (Herzberg et al., 2013).

Содержание Ni в оливине изученных образцов закономерно коррелирует с Mg# (рис. 6a), увеличиваясь от нескольких сотен г/т при Mg# = 70 до почти 5000 г/т при Mg# = 92.6 мол. %. При этом оливин из образцов постройки влк. Харчинский в целом обеднен Ni относительно оливина из образцов влк. Заречный при Mg# < 88 мол. % и обогащен при Mg# > 88 мол. %. Однако наиболее магнезиальные вкрапленники оливина обоих вулканов имеют аномально высокое содержание Ni относительно оливина MORB и других вулканов ВВП. Оливин из образцов моногенных конусов подчиняется тренду изменения содержания Ni в оливине влк. Харчинский, за исключением образца оливина K2-85.

Содержание Ca в оливине изученных образцов варьирует от 700 до 2000 г/т (рис. 6б). Наиболее магнезиальный оливин всех групп пород имеет примерно совпадающие концентрации Ca от 700 до 1000 г/т, однако с падением магнезиальности проявляются различия для пород основных построек влк. Харчинский (рост содержания Ca) и влк. Заречный (субгоризонтальный тренд). Оливин из образцов моногенных конусов следует в основном субгоризонтальному тренду, за исключением обр. K2-83А и K2-90/1.

Содержание Mn в оливине закономерно возрастает с падением его магнезиальности, что проявляется в величине Fe/Mn (рис. 6в). Для большей части образцов всех трех групп пород значение Fe/Mn в оливине с Mg# > 80 мол. % находится в интервале 55–70, что соответствует нормальным значениям для оливина других вулканов ВВП, кроме оливина извержения влк. Шивелуч 3600 лет назад. Повышенные значения Fe/Mn проявлены для оливина обр. 7423-1 и 7424-1 (влк. Харчинский), обр. K2-94 и 7413 (влк. Заречный), обр. K2-81 и K2-83А (моногенные конусы). Величина Fe/Mn в оливине с Mg# < 80 мол. % снижается, что может быть связано с началом кристаллизации Ti-магнетита.

Содержание Al в оливине изученных образцов составляет в среднем 100 г/т и не коррелирует с его Mg# (рис. 6г). Данные значения совпадают с типичными содержаниями Al в оливине других объектов ВВП (103 ± 60 г/т, Nekrylov et al., 2022).

Пироксены

Магнезиальность вкрапленников Cpx (Wo_39–46 En_40–48Fs_5–15) в изученных породах варьирует от 72.6 до 91 мол. %. Наиболее магнезиальный клинопироксен (Mg# ≥ 88 мол. %) отмечен в Ol- и Ol-Cpx базальтах постройки влк. Харчинский и моногенных конусов (обр. К2-83А, К2-85, К2-94, К2-96В, 7403-1 и 7429). Для Ol-Cpx-Pl базальтов и Px-Pl ± Ol андезибазальтов моногенных конусов типичны клинопироксены с Mg# ≤ 85–87 мол. % в ядрах и внутренних зонах кристаллов. Наименее магнезиальными (Mg# ≤ 78 мол. %) являются краевые части кристаллов во всех типах пород.

Среди зональных кристаллов Ol-Cpx-Pl базальтов присутствует Cpx c магнезиальными (Mg# = = 87 мол. %) и железистыми (Mg# = 77 мол. %) ядрами, часто сочетающимися в одном образце. Магнезиальные ядра обычно окружены несколькими зонами, состав которых демонстрирует осциляции магнезиальности в 5–6 мол. %. Железистые ядра обычно обрамляются зоной резорбции с обилием включений расплава и обрастают зоной более магнезиального (Mg# = 84 мол. %) состава.

Содержание TiO₂ во вкрапленниках Cpx обратно коррелирует с магнезиальностью, изменяясь в среднем от 0.2 мас. % при Mg# = 90 мол. % до 0.9 мас. % при Mg# = 73 мол. % (рис. 7a). Из общего тренда выделяются высокомагнезиальные вкрапленники Cpx влк. Заречный (обр. K2-96B и ZAR-11-1B) и вкрапленники Cpx группы моногенных конусов (обр. K2-85 и K2-83А), которые характеризуются пониженным содержанием TiO₂.

Рис. 7.

Особенности состава клинопироксена (Cpx) изученных пород. Состав Cpx перидотитовых и пироксенитовых ксенолитов из лав влк. Харчинский нанесен в соответствии с работой (Siegrist et al., 2019), состав Cpx перидотитовых ксенолитов из лав других вулканов Камчатки взят из ряда работ, внесенных в базу данных GEOROC.

По содержанию CaO вкрапленники Cpx всех групп пород и объектов близки за редким исключением. На трендах изменения составов видно, что наиболее железистый Cpx из образцов вулканов Харчинский и Заречный резко обеднен CaO по сравнению с Cpx пород моногенных конусов (рис. 7б). Из общего тренда выделяются и образцы влк. Заречный K2-96B и ZAR-11-1B, которые проявляют аномальное обогащение и обеднение данным компонентом соответственно.

По содержаниям Al₂O₃ и MnO вкрапленники Cpx не проявляют каких-либо значимых специфических различий между образцами вулканов и отдельными образцами. Их состав закономерно изменяется в соответствии с вкрапленниками Cpx других вулканов Камчатки (по базе данных GEOROC, рис. 7в, 7г).

По содержанию Na₂O во вкрапленниках Cpx, как и в случае с CaO, существенно выделяются обр. K2-96B и ZAR-11-1B влк. Заречный (рис. 7д). Часть кристаллов Cpx из обр. ZAR-11-1B (а также обр. K2-94) резко обогащены по содержанию Na₂O, а Cpx обр. K2-96B, наоборот, обеднен этим компонентом. Кроме того, заметное обеднение по содержанию Na₂O проявляют вкрапленники Cpx некоторых образцов моногенных конусов (обр. K2-85 и K2‑83А).

Содержание Cr₂O₃ во вкрапленниках Cpx всех групп пород прямо коррелирует с Mg# и уменьшается от 0.8 мас. % при Mg# = 90 мол. % до предела обнаружения при Mg# = 73 мол. % (рис. 7e). Исключением являются только вкрапленники Cpx обр. K2-96B, где содержание Cr₂O₃ является аномально низким относительно Cpx со схожей магнезиальностью из других образцов и не проявляет зависимости от нее.

Необходимо отметить, что вкрапленники Cpx обр. K2-96B на всех диаграммах состава попадают в поле Cpx из ксенолитов пироксенитов влк. Харчинский (Siegrist et al., 2019). Данный факт может говорить о том, что вкрапленники Cpx в этом образце по большей части представляют собой ксенокристаллы дезинтегрированных мантийных или нижнекоровых ксенолитов.

Амфибол

Состав амфибола был изучен в обр. 7423 высоко-К базальта влк. Харчинский и обр. ZAR-11-2A андезитов влк. Заречный. В обоих образцах амфибол по составу относится к ряду паргасит–Mg-гастингсит по (Leake et al., 1997). Магнезиальность амфибола в изученных образцах варьирует от 81.2 и 76 мол. % в центральных частях вкрапленников до 60.2 и 62.5 мол. % в краевых частях соответственно (рис. 8).

Рис. 8.

Особенности состава амфиболов высоко-К базальтов-андезибазальтов влк. Харчинский и андезитов влк. Заречный. Состав вкрапленников амфибола пород влк. Шивелуч взят из работ (Горбач, Портнягин, 2011; Gorbach et al., 2020).

Содержание TiO₂ во вкрапленниках амфибола обоих образцов варьирует в пределах от 1 до 2.5 мас. % (рис. 8a), не проявляя корреляции с Mg#. Содержание Al₂O₃ возрастает c падением Mg# от 10 до 15 мас. % для обр. 7423 и от 11.5 до 14.5 мас. % для обр. ZAR-11-2A (рис. 8б). При этом среднее содержание Al₂O₃ при одной и той же магнезиальности выше в обр. ZAR-11-2A. Содержание CaO не проявляет значимых корреляций с Mg# и различий между образцами, варьируя в пределах от 11.2 до 12.5 мас. % (рис. 8в).

K₂O является единственным компонентом, по которому вкрапленники амфибола изученных образцов существенно различаются. Среднее содержание K₂O в амфиболе образцов вулканов Харчинский и Заречный составляет 0.9 и 0.5 мас. % соответственно (рис. 8г). По содержанию этого компонента изученные амфиболы систематически более обогащены по сравнению с амфиболами из андезитов влк. Шивелуч, что особенно характерно для высокомагнезиальных амфиболов с Mg# > 72 мол. %.

Вклад пироксенитового источника

Состав оливина изученных образцов обладает рядом особенностей, указывающих на минералогическую гетерогенность мантийных источников вулканов Харчинский и Заречный. Содержание Ni и величина Fe/Mn в оливине большей части образцов соответствуют таковым в оливине, кристаллизующемся из расплавов перидотитового источника (рис. 6а, 6в). Однако обращает на себя внимание аномальное обогащение Ni высокомагнезиального оливина влк. Харчинский (обр. 7403-1, вершинные лавы; обр. 7423-1 и 7424-1, дайки в центре постройки), достигающее почти 5000 г/т и существенно превышающее значение, типичное для продуктов плавления перидотитового источника (Herzberg, 2011; Sobolev et al., 2007; Straub et al., 2008). Для обр. 7423 влк. Харчинский концентрация никеля 4495 г/т была зафиксирована и при помощи высокоточных определений (LA‑ICP-MS) содержаний микроэлементов в оливине (Портнягин и др., 2017). Содержание Ni в высокомагнезиальном оливине влк. Заречный не настолько высокое, однако в обр. K2-94 и 7413 оно достигает почти 3500 г/т, что в пределах ВВП Камчатки соответствует только некоторым образцам влк. Шивелуч (Горбач, Портнягин, 2011).

На данный момент аномально высокое содержание Ni (>3500 г/т) в оливине вулканов Камчатки было описано только для трех объектов: (1) высокомагнезиальные андезиты хребта Кумроч (Nishizawa et al., 2017) и (2) Шишейского комплекса (Bryant et al., 2011), а также (3) базальты извержения влк. Шивелуч 3600 ¹⁴С лет назад (Горбач, Портнягин, 2011). Однако каждый из этих объектов имеет существенные отличия от изученных образцов вулканов Харчинский и Заречный. В случае хребта Кумроч, обогащенный Ni оливин встречается только в высокомагнезиальных андезитах и не встречается в высокомагнезиальных базальтах, которые также были описаны в данной области (Nekrylov et al., 2022; Nishizawa et al., 2017). В Шишейском комплексе высоко-Ni оливин был описан только в магнезиальных андезитах (Bryant et al., 2011). Извержение влк. Шивелуч 3600 ¹⁴С лет назад представлено Ol-Amp-Cpx-Phl высококалиевыми базальтами (Волынец и др., 1997), тогда как образцы с высоконикелистым оливином вулканов Харчинский и Заречный относятся к умеренно-калиевой серии.

Для высокомагнезиальных оливинов вулканов Харчинский и Заречный характерны повышенные значения Fe/Mn (рис. 6в), что является даже более весомым свидетельством вовлечения пироксенитового источника в магмогенерацию, чем содержание никеля в оливине (Sobolev et al., 2007; Herzberg, 2011). Они характерны для образцов, обогащенных Ni – 7403-1, 7423-1 и 7424-1 для влк. Харчинский, и K2-94 и 7413 для влк. Заречный. Проявление этих двух маркеров в одних и тех же образцах говорит о том, что вклад пироксенитового источника в их образование почти не вызывает сомнений. Вместе с тем оливины двух образцов из группы моногенных конусов (обр. K2-81 и K2-83А) также отличаются более высокими значениями Fe/Mn от других оливинов состава Fo_80–82 (рис. 6в). При этом они не имеют повышенного содержания Ni, но для более железистого оливина содержание данного элемента определяется, главным образом, особенностями эволюции магмы – смешением с более дифференцированными расплавами и кристаллизацией ликвидусных Ni-содержащих минералов (Ol, Cрx) в разных пропорциях (например, Straub et al., 2008; Herzberg et al., 2013). Так, оливин обр. K2-81 характеризуется аномально низким содержанием Ni относительно оливина со схожей Mg# других изученных образцов ВВП Камчатки и MORB (рис. 6а). Вероятно, это связано с подчиненной ролью фракционирования клинопироксена в ходе эволюции его родоначального расплава относительно других образцов.

Пониженное содержание Ca в оливине также может являться свидетельством вклада пироксенитового источника (к примеру, Sobolev et al., 2007), но в случае островодужных магм оно может быть обусловлено высоким содержанием воды в расплаве (Gavrilenko et al., 2016). Оливин изученных образцов демонстрирует характерное “островодужное” обеднение по содержанию Ca относительно оливина MORB, однако между отдельными группами образцов заметны существенные различия в содержании этого компонента (рис. 6б). Для наиболее магнезиального оливина характерна обратная зависимость его обеднения по содержанию Ca с обогащением по концентрации Ni (рис. 9). Такая зависимость может свидетельствовать о том, что различия в стартовом содержании Ca между изученными образцами, в первую очередь, связаны с различиями в минералогических особенностях источников, а не с содержанием воды в родоначальных расплавах.

Рис. 9.

Соотношения Ca/Fe и Ni/Mg в оливине изученных пород. Состав оливина базальтов срединно-океанических хребтов показан в соответствии с работой (Sobolev еt al., 2007), состав оливина других вулканов Камчатки – (Nekrylov et al., 2022).

На основании соотношений Ca/Fe и Ni/Mg в оливине изученные образцы можно разделить на два основных тренда эволюции, стартовые точки которых, вероятнее всего, определяются различием источников расплавов (рис. 9). К первому тренду эволюции состава оливина относится большая часть образцов влк. Харчинский и часть образцов моногенных конусов с повышенным стартовым содержанием Ca и низкой концентрацией Ni, что характерно для перидотитового источника. Второй тренд выделяется для двух образцов 7423-1 и 7424-1 влк. Харчинский, имеющих наименьшее стартовое содержание Ca и наибольшую концентрацию Ni (рис. 9), что интерпретируется нами как тренд эволюции состава оливина, кристаллизующегося из расплавов преимущественно пироксенитового источника. Состав оливина всех образцов влк. Заречный и части образцов моногенных конусов (обр. K2-83А и K2-85) характеризуется промежуточным положением между двумя трендами эволюции (рис. 9), что может говорить о смешанном перидотит-пироксенитовом источнике расплавов для этих пород.

Высоко-K породы вулкана Харчинский

Происхождение высоко-K Amp ± Ol ± Cpx ± Phl базальтов и андезибазальтов влк. Харчинский вызывает отдельный интерес в силу их уникальной для современных вулканитов Камчатки геохимической специфики. Они характеризуются высокими абсолютными и относительными содержаниями легких редких земель (до 24 г/т La и до 57 г/т Ce, La/Yb до 15, La/Nb до 13.5), Sr (до 1240 г/т, Sr/Yдо 68), Ba (до 1300 г/т, Ba/Nb до 680), Th и U (до 4.8 и 2.4 г/т, соответственно). Средние значения La/Yb (4.33 ± 0.6), La/Nb (4.47 ± 0.52), Sr/Y (28.5 ± 4.7) и Ba/Nb (237 ± 62) для изученных пород вулканов Харчинский и Заречный близки к таковым для других четвертичных вулканитов Камчатки (4.05 ± 2.1, 3.54 ± 0.89, 16.8 ± 7.7 и 166 ± 96, соответственно, по базе данных GEOROC). Еще одной важной особенностью высоко-K пород влк. Харчинский является то, что именно эти породы содержат множество коровых и мантийных ксенолитов (Секисова и др., 2021; Siegrist et al., 2019, 2021).

К сожалению, нам не удалось измерить состав оливина этих пород (в силу его малого количества и плохой сохранности) для оценки вклада пироксенитового источника в их образование. Однако полученных нами и опубликованных ранее данных о геохимических особенностях достаточно для того, чтобы выявить наиболее вероятный сценарий их происхождения. В работе (Siegrist et al., 2019) был опубликован состав вмещающих ксенолиты пород влк. Харчинский, которые имеют идентичные геохимические особенности с изученными нами высоко-К породами. Помимо содержаний рассеянных элементов, в (Siegrist et al., 2019) приведены также изотопные характеристики этих пород (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.703598 ± 5 (погрешность указана для последней значащей цифры изотопного отношения, согласно опубликованным данным), ε_Nd = 9.7, ε_Hf = 15.6, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb = = 18.2734 ± 5, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb = 15.4731 ± 4 и²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb = = 37.838 ± 1), которые имеют некоторые отличия по ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, ε_Nd и ε_Hf от изотопных характеристик прочих лав влк. Харчинский (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr от 0.703454 до 0.70353, ε_Nd от 9.2 до 9.3, ε_Hf от 14.8 до 15.4, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb от 18.2374 до 18.2755, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb от 15.4591 до 15.4846 и²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb от 37.811 до 37.905). Данный факт говорит о том, что в образовании высоко-K пород принимает участие дополнительный источник вещества, по изотопным отношениям Nd и Hf более обедненный по сравнению с другими породами, несмотря на очевидное обогащение этими элементами в составе высоко-К пород (рис. 5). Отношение изотопов стронция, напротив, несколько более радиогенное по сравнению с другими изученными вулканами.

Повышенные значения Sr/Y и La/Yb традиционно рассматриваются как характерные признаки адакитов – предполагаемых продуктов плавления субдуцированной океанической коры (например, Defant, Drummond, 1990). Изначально адакитами было принято считать породы среднего состава (SiO₂ ≥ 56 мас. %; Sr ≥ 400 г/т; Y ≤ 18 г/т; Yb ≤ 1.9 г/т; Sr/Y ≥ 40; La/Yb ≥ 20; Defant, Drummond, 1990). Однако впоследствии интервал возможного состава адакитов был расширен (Martin, 1999). В случае высоко-K Amp ± Ol ± Cpx ± Phl базальтов и андезибазальтов влк. Харчинский речь может идти о низкокремнистых адакитах, образованных плавлением перидотитов мантийного клина, которые до этого были подвержены взаимодействию с кислыми расплавами субдуцированной океанической коры (Martin et al., 2005; Moyen, 2009). Вклад расплавов субдуцированной океанической коры в магмогенерацию под влк. Харчинский согласуется со множеством других косвенных свидетельств плавления краевой части Тихоокеанской плиты, субдуцирующей под северным участком Центральной Камчатской депрессии (Волынец и др., 2000; Yogodzinski et al., 2001; Churikova et al., 2001; Münker et al., 2004; Portnyagin et al., 2007; Nekrylov et al., 2018). В этом случае можно предполагать, что необычный изотопный состав высоко-К базальтов влк. Харчинский может быть связан именно с большим вкладом деплетированного в отношении изотопов Nd и Hf и обогащенного радиогенным изотопом Sr материала гидротермально-измененной Тихоокеанской океанической плиты.

Признаки смешения магм в лавах вулканов Харчиский и Заречный

Широкий интервал составов вкрапленников оливина и клинопироксена (от 70.4 до 92.6 мол. % и от 72.6 до 91 мол. %, соответственно), серийно-порфировая структура пород, наличие гломеропорфировых сростков и зональных кристаллов клинопироксена (рис. 3) и особенности валового состава пород (рис. 4) указывают на значимую роль процессов кумуляции кристаллов и смешения магм наряду с процессами фракционной кристаллизации при эволюции магм вулканов Харчинский и Заречный в коровых условиях.

Большая часть отличий в трендах изменения содержания Ni в оливине (рис. 6а) объясняется его различными стартовыми концентрациями (рис. 9), однако в некоторых образцах K2-85, K294, 7424-1, 7413 часть кристаллов выделяется из общих трендов обеднения содержанием Ni при понижении магнезиальности оливина. Данная особенность может свидетельствовать (1) о различных пропорциях ликвидусных минералов при эволюции магм или (2) о существенном влиянии процессов смешения на магматическую эволюцию данных образцов. В первом случае необходимо предполагать совместную кристаллизацию Ol + Cpx, которая должна приводить к менее быстрому обеднению Ni при падении его магнезиальности по сравнению с кристаллизацией одного лишь Ol (к примеру, Herzberg et al., 2013). Данный механизм мог бы объяснить разницу между наблюдаемыми трендами, однако мы не видим существенной разницы между породами изученных вулканов ни в содержании Cpx, ни в координатах MgO–Al₂O₃/CaO, которые хорошо отражают фракционирование Cpx (рис. 2г). Единственным признаком, который может указывать на более раннее начало кристаллизации Cpx в магмах влк. Заречный, является состав вкрапленников Cpx в обр. ZAR-11-1B (рис. 7). Относительно Cpx других образцов вулканов Харчинский и Заречный эти вкрапленники обеднены CaO и обогащены Na₂O, что может говорить о существенно более высоких температурах и давлениях их кристаллизации, соответственно (Lindsley, 1983; Nimis, Ulmer, 1998).

Смешение примитивных магм с более дифференцированными расплавами также может хорошо объяснять особенности поведения Ni в оливине образцов влк. Заречный, так как фракционная кристаллизация оливина из базальтовой магмы обычно приводит к быстрому обеднению расплава Ni и, соответственно, к резкому понижению его концентрации в равновесном оливине. При смешении примитивного и дифференцированного расплавов гибридные магмы имеют более высокое содержание Ni при тех же значениях магнезиальности, а оливины, кристаллизующиеся из гибридных магм, характеризуются повышенным содержанием никеля (Straub et al., 2008; Gordeychik et al., 2020).

Amp-андезиты влк. Заречный по Mg# = 60–61 мол. % близки магнезиальным андезитам влк. Шивелуч (рис. 4а), в образовании которых смешение примитивных и малоглубинных дифференцированных магм играло значимую роль (Горбач, Портнягин, 2011). На диаграмме MgO–TiO₂ (рис. 4в) составы андезитов влк. Заречный также следуют тренду смешения между примитивными и дифференцированными магмами. Среди пород влк. Шивелуч наиболее близкими петрографическими аналогами андезитов влк. Заречный являются породы экструзий Красная и Шероховатая на его западных склонах. В породах данных экструзий, так же как в андезитах влк. Заречный, амфибол с реликтами оливина и клинопироксена в ядрах является преобладающим типом вкрапленников, плагиоклаз представлен в подчиненном количестве, а для основной массы типичны выделения кристобалита (Горбач, Портнягин, 2011). Петрографическое сходство андезитов влк. Заречный и экструзий западных склонов влк. Шивелуч позволяет предполагать близкие условия их образования. В работе (Симакин и др., 2019) показано, в отличие от малоглубинных продуктов современных извержений влк. Шивелуч, андезиты экструзий на его западных склонах могли кристаллизоваться в условиях нижней коры вплоть до переходной зоны кора–мантия. В данных условиях процессы сопряженных ассимиляции и фракционной кристаллизации также могли участвовать в формировании андезитов влк. Заречный, как это предполагалось ранее в работе (Волынец и др., 1999).