New data on age, material composition and geological structure of the Central Kamchatka depression (CKD). Part 1. Rocks types. Age, petrological and isotopo-geochemical characteristicsн

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The paper presents new age and isotope geochemical characteristics for plateau effusive rocks from the Central Kamchatka Depression (CKD) and Nikolka Volcano. We compared these data with the data on rocks from the Klyuchevskoy group of volcanoes and also Sheveluch, Kharchinsky, Zarechny, Nachikinsky, Bakening volcanoes and NEB-adakites from Pliocene shield volcano between the Ozernaya Kamchatka and Pravaya Kamchatka rivers. It is shown that the evolutionally advanced (often more alkaline) rock from Nachikinsky, Bakening, Nikolka volcanoes and the Pliocene shield volcanoe significantly differ in isotope-geochemical characteristics from the Klyuchevskoy group of volcanoes rocks. Exactly this type of rocks is characteristic for CKD as rift structure. The Klyuchevskoy group of volcanoes rock are not typomorphic for this structure and manifest the usual orogenic volcanism stage, typical for much larger area. Miocene plateau effusive rocks differ from rocks of this group only by slightly increased potassium alkalinity. The rift type rocks characteristic feature is not only their increased alkalinity, but also specific microcomponents ratios: Ti/V > 0.004, Nb/Y > 0.28, Dy/Yb > 2.00, La/Yb > 6.5, Sm/Yb > 2.4, Lu/Hf < 0.08. Along with isotopic characteristics, these ratios suggest the existence of the single deep asthenospheric mantle reservoir for initial melts. The Kurile-Kamchatka and Commander-Aleutian island-arc systems’ junction is marked by the increased fluid enrichment (Ce group of REE) of melts for rocks of certain volcanoes: Shiveluch, Kharchinsky, Zarechny.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Koloskov

Institute of Volcanology and Seismology FED RAS

Author for correspondence.
Email: kolosav@kscnet.ru
Russian Federation, 9, bul’var Piipa, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

M. Yu. Davydova

Far East Geological Institute, FEB RAS

Email: martynova@fegi.ru
Russian Federation, 159, Stoletiya Vladivostoka str., Vladivostok, 660022

D. V. Kovalenko

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the RAS

Email: Dmitry@igem.ru
Russian Federation, 35, Staromonetny lane, Moscow, 119017

V. V. Ananyev

Institute of Volcanology and Seismology FED RAS

Email: Dmitry@igem.ru
Russian Federation, bul’var Piipa 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

References

  1. Акинин В.В., Андроников А.В., Мукаса С.Б. и др. Меловая нижняя кора континентальных окраин севера Пацифики: петролого-геохронологические данные по нижне-среднекоровым ксенолитам // Петрология. 2013. Т. 21. № 1. С. 34–42.
  2. Волынец А.О., Певзнер М.М., Коваленко Д.В. и др. Первые данные о возрасте, геохимических и минералогических характеристиках платоэффузивов г. Юртиной (Срединный хребет Камчатки) // Материалы конференции, посвященной Дню вулканолога: Вулканизм и связанные с ним процессы. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2016. С. 21–23.
  3. Геохимическая типизация магматических и метаморфических пород Камчатки / Под ред. А.П. Кривенко. Новосибирск, 1990. 259 с.
  4. Геологическая карта и карта полезных ископаемых Камчатской области и Корякского автономного округа масштаба 1:150 000 000 / Под ред. А.Ф. Литвинова, Б.А. Марковского, В.П. Зайцева. СПб.: ВСЕГЕИ, 2005. 2 листа.
  5. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:200 000. Сер. Хангарская. Л. N-57-XIV (Гора Вершинная) // Комитет природных ресурсов, ФГУГП ”КамчатПСЭ” / Под ред. В.И. Шульдинер. Министерство природных ресурсов и экологии РФ, Федеральное Агенство по недропользованию. СПб.: ВСЕГЕИ, 2010. 1 л.
  6. Ермаков В.А., Милановский Е.Е., Таракановский А.А. Значение рифтогенеза в формировании четвертичных вулканических зон Камчатки // Вестник МГУ. Сер. геол. 1974. № 3. С. 3–20.
  7. Ермаков В.А., Петров В.С., Гусакова Н.Р. Четвертичные габбро-анортозиты в эффузивном залегании на Камчатке // Известия АН СССР. Сер. геол. 1975. № 11. С. 59–63.
  8. Ермаков В.А. Формационное расчленение четвертичных вулканических пород. М.: Недра, 1977. 225 с.
  9. Ермаков В.А. Особенности развития вулканизма и тектонической структуры Курило-Камчатской островной дуги в новейшее (плиоцен-четвертичное) время // Очерки тектонического развития Камчатки / Под ред. В.В. Белоусова. М.: Наука, 1987. С. 165–218.
  10. Колосков А.В. Ультраосновные включения и вулканиты как саморегулирующаяся геологическая система. М.: Научный мир, 1999. 223 с.
  11. Колосков А.В., Гонтовая Л.И., Попруженко С.В. Верхняя мантия Камчатки в изотопно-геохимических и геофизических аномалиях. Роль астеносферного диапиризма // Тихоокеанская геология. 2014. № 5. С. 118–122.
  12. Колосков А. В., Давыдова М.Ю., Избеков П.Э. и др. Эволюция состава пород Новых Толбачинских вулканов в ходе извержения 2012–2013 гг. Мантийный контроль в формате “онлайн” // Тихоокеанская геология. 2015. Т. 34. № 5. С. 19–39.
  13. Колосков А.В., Давыдова М.Ю., Ананьев В.В. и др. Толбачинский вулканический центр: состав продуктов, этапность проявления, петрологическая модель // Вулканология и сейсмология. 2017а. № 4. С. 3–29.
  14. Колосков А.В., Мартынов Ю.А., Ананьев В.В. Новые изотопно-геохимические и минералогические данные о составе ксенолитов ультрамафитов в вулканитах Камчатско-Корякского региона. Два типа мантийного субстрата в современной островодужной системе // Тихоокеанская геология. 2017б. Т. 36. № 2. С. 17–31.
  15. Петрографический кодекс. СПб.: ВСЕГЕИ, 2009. 198 с.
  16. Перепелов А.Б., Татарников С.А., Павлова Л.А. и др. NEB-адакитовый вулканизм Центральной Камчатской Депрессии // Материалы IV Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии: Вулканизм и геодинамика. Петропавловск-Камчатский, 2009. Т. 2. С. 449–454.
  17. Перепелов А.Б., Татарников С.А., Павлова Л.А. и др. NEB-адакитовый вулканизм Камчатки: новые изотопно-геохронологические и минералого-геохимические данные, условия развития. Новые горизонты в изучении процессов магмо- и рудообразования // Материалы научной конференции. М.: ИГЕМ РАН, 2010. С. 136–137.
  18. Пополитов Э.И., Волынец О.Н. Геохимические особенности четвертичного вулканизма Курило-Камчатской островной дуги и некоторые вопросы петрогенезиса / Отв. ред. Л.В. Таусон. Новосибирск: Наука, 1981. 282 с.
  19. Шанцер А.Е. Кайнозойское развитие Камчатки – формирование и деструкция нестабильных орогенических поднятий // Очерки тектонического развития Камчатки / Отв. ред. В.В. Белоусов. М.: Наука, 1987. С. 109–164.
  20. Школьник С.И., Резницкий Л.З., Беличенко В.Г. и др. Геохимия, вопросы петрогенезиса и геодинамическая типизация метавулканитов Тункинского террейна (Байкало-Хубсугульский район) // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 9. С. 1013–1024.
  21. Чащин А.А., Мартынов Ю.А. Центрально-Камчатская вулканическая зона. Аномальные магматические зоны современных островодужных систем // Геодинамика, магматизм и металлогения востока России. Кн. 1 // Под ред. А.И. Ханчука. Владивосток: Дальнаука, 2006. С. 417–428.
  22. Эрлих Э.Н. Современная структура и четвертичный вулканизм западной части Тихоокеанского кольца / Отв. ред. К.Н. Рудич. Новосибирск: Наука, 1973. 244 с.
  23. Almeev R.R., Kimura Jun-Ichi, Ariskin A.A. et al. Decoding crystal fractionation in calc-alkaline magmas from the Bezymianny Volcano (Kamchatka, Russia) using mineral and bulk rock compositions // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 141–171.
  24. Andronikov A., Mukasa S. 40Ar/39Ar eruption ages and characteristics of Late Tertiary to Quaternary intraplate and arc-related lavas in interior Alaska // Lithos. 2010. V. 115. P. 1–14.
  25. Churikova T.G., Gordeychik B.N., Ivanov B.V. et al. Relationship between Kamen volcano and Klyuchevskaya group of volcanoes (Kamchatka) // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 3–21.
  26. Churikova T.G., Gordeychik B.N., Iwamori H. et al. Petrological and geochemical evolution of the Tolbachik volcanic massif, Kamchatka, Russia // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2015. V. 307. P. 156–181.
  27. Condie К. High field strength element ratios in Archean basalts: a window to evolving sources of mantle plumes? // Lithos. 2005. V. 79. P. 491–504.
  28. Dalpe C., Baker D.R. Experimental investigation of large-ion-lithophile-element-, high-field-strength-element-and rare-earth-element-partitioning between calcic amphibole and basaltic melt: the effects of pressure and oxygen fugacity //Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 140. P. 233–250.
  29. Davidson J., Turner S., Handley et al. An amphibole “sponge” in arc crust? // Geology. 2007. V. 35. P. 787–790.
  30. Dorendorf F., Churikova T., Koloskov A. et al. Late Pleistocene to Holocene activity at Bakening volcano and surrounding monogenic centers (Kamchatka): volcanic geology and geochemical evolution // J. Volcanol. and Geotherm. Res. 2000. V. 104. P. 131–151.
  31. Foley F.V., Pearson N.I., Rushmer T. et al. Magmatic evolution and magma mixing of Quaternary adakites at Solander and Little Solander islands, New Zealand // J. Petrology. 2013. V. 54. № 4. P. 703–744.
  32. Hofmann A.W. Mantle geochemistry: the message from oceanic volcanism // Nature. 1997. V. 385. P. 219–228.
  33. McBirney A.R. The Skaergaard Layered Series. Part VI. Excluded Trace Elements // J. Petrol. 2002. V. 43(3). P. 535–556.
  34. McDonough W.F., Sun S.-S. The composition of the Earth // Chem. Geology. 1995. V. 120. P. 223–253.
  35. Pecerillo A., Taylor S.R. Geochemistry of Eocene calc-alkaline volcanic rock from the Kastamonn area, Northern Turkey // Contrib. Mineral. Petrol. 1976. V. 58. P. 63–81.
  36. Portnyagin M., Hoernle K., Avdeiko G. et al. Transition from arc to oceanic magmatism at the Kamchatka-Aleutian junction // Geology. 2005. V. 33. № 1. P. 25–28.
  37. Portnyagin M., Bindeman I., Hoernle K. et al. Geochemistry of primitive lavas of the Central Kamchatka Depression: Magma generation at edge of the Pacific Plate. Volcanism and tectonics of the Kamchatka peninsula and adjacent arcs // Geophys. Monograph. Series / Ed. J. Eichelberger. 2007. V. 172. P. 199–239.
  38. Regelous M., Hofmann A.W., Abouchami W. et al. Geochemistry of lavas from the Emperor seamouts, and the chemical evolution of Hawaiian magmatism from 85 to 42 Ma // J. Petrol. 2003. V. 44. № 1. P. 113–140.
  39. Shervais J.W. Ti-V plots and petrogenesis of modern and ophiolitic lavas // Earth. Planet. Sci. Lett. 1982. V. 59. P. 101–118.
  40. Volynets A.O., Churikova T.G., Woerner G. et. al. Mafic Late Miocene-Quaternary volcanic rocks in the Kamchatka back arc region: implication for subduction geometry and slab history at the Pacific-Aleution junction // Contrib. Mineral. Petrol. 2010. V. 159. P. 659–687.
  41. Yogodzinski G.M., Lees J.M., Churikova T.G. et al. Geochemical evidence for the melting of subduction oceanic lithosphere et plate edges // Nature. 2001. V. 409. P. 500–504.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The layout of the Miocene-Quaternary volcanics within the TsKD, in the adjacent territory of Kamchatka and in the area of detailed works.

Download (154KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The ratio of Na2O + K2O – SiO2 (a), TiO2 – SiO2 (b), K2O – SiO2 (c), MgO – SiO2 (g) in the plate effusive areas of the Ozernaya Kamchatka, Kunch and Nachikinsky volcanoes, Nikolka, and the Tolbachinsky center.

Download (63KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. The ratio of Na2O + K2O – SiO2 (a), TiO2 – SiO2 (b), K2O – SiO2 (c), MgO – SiO2 (g) in the plate effusive areas of the Ozernaya Kamchatka, Kunch and Nachikinsky volcanoes, Nikolka, and the Tolbachinsky center.

Download (63KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Variations of the geochemical characteristics of the rocks of the TsKD volcanoes along the geochemical profile.

Download (77KB)
Indexing metadata
6. Fig. 3. Variations of the geochemical characteristics of the rocks of the TsKD volcanoes along the geochemical profile.

Download (90KB)
Indexing metadata
7. Fig. 3. Variations of the geochemical characteristics of the rocks of the TsKD volcanoes along the geochemical profile.

Download (87KB)
Indexing metadata
8. Fig. 4. Nb / Y – Zr / Y ratio in the rocks of the Klyuchevskaya group of volcanoes, Shiveluch, Kharchinsky, Zarechny, Bakening, Nikolka, Nachikinsky (a), platovulcanites and rocks of the Tolbachinsky center (b), in the part of the Kamchatka Middle Range (c).

Download (92KB)
Indexing metadata
9. Fig. 5. The ratio La / Yb – Yb (a), Yb (n) –Ce (n) (b), Sm / Yb – La / Sm (c), Lu / Hf – La / Sm (g), Dy / Yb –La / Yb (d) and Dy / Yb – SiO2 (e) in the plate effusive areas of the Ozernaya Kamchatka, Kunch and Oaking rivers.

Download (94KB)
Indexing metadata
10. Fig. 6. The ratio La / Yb – Yb (a), Yb (n) –Ce (n) (b), Sm / Yb – La / Sm (c), Lu / Hf – La / Sm (g), Dy / Yb –La / Yb (d) and Dy / Yb – SiO2 (e) in the rocks of Tolbachinsky, Nachikinsky, Nikolka volcanoes.

Download (96KB)
Indexing metadata
11. Fig. 7. The ratio La / Yb – Yb (a), Yb (n) –Ce (n) (b), Sm / Yb – La / Sm (c), Lu / Hf – La / Sm (g), Dy / Yb –La / Yb (d) and Dy / Yb – SiO2 (e) in the rocks of the Klyuchevskaya group and volcanoes: Shiveluch, Kharchinsky, Zarechny.

Download (93KB)
Indexing metadata
12. Fig. 8. ratio 87Sr / 86Sr-206Pb / 204Pb (a), 207Pb / 204Pb-206Pb / 204Pb (b) and 208Pb / 204Pb-206Pb / 204Pb (c) in the rocks of volcanic xenoliths and CKD, and volcanic Klyuchevskoy group Sheveluch and KHARCHINSKY.

Download (87KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences