Статья: Глубинное строение Центрально-Камчатской депрессии и структурная позиция вулканов

Близкое глубинное строение имеет следующий крупный Ключевской (КЛБ) блок, где глубины залегания МФ и КФ оценены по сейсмическим данным, однако, судя по гравиметрическим данным, не в самой поднятой его части. Отталкиваясь от этих сведений, можно предполагать, что на участках эпицентров гравитационных максимумов, фиксирующих Николкинский и Ключевской блоки, глубина залегания КФ может составлять менее 5 км при близповерхностном залегании МФ.

В районе между Лаучано-Андриановским (Л-А) и Толбачинским (Т) разломами Николкинский и Ключевской блоки разделены Толбачинской (ТЛ) ВТД с глубиной залегания КФ и МФ соответственно около 8 км и 5 км. Детальный анализ ПСТ показал, что эта депрессия имеет более сложное строение, чем это предполагалось ранее. По гравиметрическим данным, собственно Толбачинская ВТД, имеющая эллипсообразную вытянутую в северо-восточном направлении форму, отделена от Козыревской впадины ЗДЗ ЦКД антиклинальным перегибом и ограничена с востока горстообразным поднятием МФ в верховьях реки Правый Толбачик. К длинной северо-восточной оси Толбачинской ВТД приурочена линейная зона ареального вулканизма. Отдельные шлаковые конуса тяготеют также к разлому, ограничивающему упомянутое горстовое поднятие. Насколько можно судить по среднемасштабным гравиметрическим данным, вершинная часть вулкана Острый Толбачик расположена над разломом южного обрамления Ключевского блока, в то время, как Плоский Толбачик несколько смещен в зону ВТД.

Андезитовые вулканы Малая и Большая Удины располагаются в районе локального минимума ПСТ более высокого порядка (размером до 12-15 км, интенсивностью до 6-8 мГал.), вытянутого в юго-восточном направлении и охватывающего юго-восточный склон Плоского Толбачика. Наиболее логичным объяснением этой аномалии является предположение о наличии здесь погребенной локальной ВТД, возможно, кальдерного генезиса. Во всяком случае, несомненно, что либо история развития вулканизма в этом районе, особенно его плиоцен-раннечетвертичного этапа, либо особенности глубинного строения, требуют дополнительного исследования.

За Ключевским блоком, отделенным на севере Крестовским (Кр) широтным разломом и слабо выраженной Харчинской зоной погружений, к северу следуют Харчинский (ХРБ), Еловский (ЕЛБ) и Средне-Озерновский (СРБ) блоки, фиксирующиеся одноименными максимумами ПСТ. В районе Еловского блока обнажаются верхнемеловые образования островодужного типа, при этом уровень ПСТ над ними примерно равен уровню над вышеописанными южными блоками ХПП. Далее уровень ПСТ резко возрастает (на 30-40 мГал) над Средне-Озерновским и Хавывенским блоками. Для Хавывенского блока этому есть вполне логичное объяснение - выходы на поверхность метаморфического комплекса основного состава и гипербазитов, представляющих, очевидно, кристаллический фундамент. В Средне-Озерновском блоке промежуточный уровень ПСТ можно объяснять сокращенной мощностью верхнемеловых отложений, залегающих непосредственно на метаморфическом комплексе КФ. Средне-Озерновский и Хавывенский блоки разделены изометричной Севанской(СВ) впадиной, возможно, с очаговым характером происхождения тектонических деформаций. Северная часть ХПП (южнее побережья Укинской губы) приобретает сложную конфигурацию, что связано с влиянием северо-западных и широтных разломов. Между Хавывенским и Средне-Озерновским блоками к ХПП причленяется крупная Уколкинская (УК) впадина широтного простирания, которая пересекает горсты хребта Кумроч и полуострова Озерной. Начикинская вулкано-структура и Хайлюлинская ВТС смещены относительно ХПП; соответственно, в ВДЗ и ЗДЗ фиксируются локальными максимумами ПСТ, связанными с внедрением субвулканических комплексов среднего и основного составов.

Восточная депрессионная зона (ВДЗ) начинается на юге Щапинской системой неотектонических грабенов, нижние горизонты которых выполнены неогеновыми вулканогенно-осадочными отложениями, в т.ч. миоценовыми отложениями тюшевской серии. По геоморфологическим признакам Право-Щапинский (ПЩ) грабен, возможно, представляет часть зоны растяжений, которая простирается в район трещинных базальтовых излияний Толбачинского дола. Лево-Щапинский (ЛЩ) грабен имеет уже четкое северо-восточное простирание и располагается на одной оси с последующими структурами ВДЗ. В районе слияния рек Правая и Левая Щапины выявлен интенсивный изометричный локальный минимум, захватывающий отроги Валагинского хребта (хр.Широкий), в котором закартированы неогеновые вулканиты. Возможно, что минимум отвечает неогеновой ВТС. Морфология и интенсивность гравитационных аномалий несомненно свидетельствуют о вулкано-тектоническом происхождении Лево-Щапинского грабена. Определенным признаком в пользу существования здесь "кислых" эксплозивных вулканических центров служат залежи плиоценовых игнимбритов в районе Асхачного увала.

К северо-востоку ВДЗ следится по интенсивному (до 16-18 мГал) изометричному минимуму (10х12 км). Учитывая наличие выходов игнимбритов в хребте Тумрок и Асхачном увале, можно с определенной долей вероятности связывать этот минимум с погребенной ВТС кальдерного типа (район озера Медвежье). К северо-западу от этой ВТС зафиксированы два локальных максимума ПСТ, приуроченных к небольшому щитовому вулкану Медвежий и Зиминым Сопкам. Вполне возможно, что аномалии создаются здесь скоплением относительно более плотных экструзивно-субвулканических образований. Признаки наличия периферического магматического очага в районе Зиминых сопок, отмечались по данным МТЗ [7]. Северо-восточнее охарактеризованных аномалий располагается обширный гравитационный минимум, соответствующий Хапицкой (ХП) впадине. В происхождении впадины остается много неясного, однако ее вулкано-тектонический генезис отмечался неоднократно. Кроме депрессий МФ и КФ, минимум ПСТ объяснялся также наличием кислого корового очага. Не оспаривая сложной интегральной природы минимума, необходимо отметить, что его эпицентральная часть осложнена локальной аномалией, по формальным признакам имеющей скорее приповерхностное происхождение. Наличие разуплотнения отмечалось и ранее [9], однако его природа не обсуждалась. Сходство аномалий ПСТ в районе Лево-Щапинского грабена, озера Медвежье и Хапицкой впадины (размеры, интенсивность, расположение на одной оси) позволяют высказать предположение, что все они фиксируют единую неоген-четвертичную (?) вулкано-тектоническую зону с отдельными центрами "кислого" вулканизма. Интересно отметить, что в районе юго-восточного склона Ключевской сопки (западный борт Хапицкой впадины) интенсивные деформации в рисовке изолиний ПСТ позволяют предполагать существование узкого грабена (4 км) северо-западного простирания, уходящего под Ключевскую сопку. Восточный борт Хапицкой впадины представляет горстообразное поднятие хребта Кумроч, причем в зоне широтного Крестовского разлома происходит ее резкое сужение, и далее на северо-восток ВДЗ продолжается уже линейно вытянутой Шивелучской впадиной. Значительная часть этой впадины перекрыта лавово-пирокластическими образованиями Шивелуча. Выходы терригенных верхнемеловых-палеоценовых отложений в северной части впадины свидетельствует о том, что именно они слагают впадину, однако вполне допустимо присутствие неогеновых вулканогенно-осадочных отложений. Несколько западнее оси впадины выявлены три локальных максимума ПСТ. Центральный из них приурочен к вулкану Шивелуч, который развивался на начальном этапе как щитовой андезито-базальтовый вулкан мантийного питания. Скорее всего, максимум ПСТ связан с близповерхностными субвулканическими образованиями основного-среднего состава Старого Шивелуча. Подобные аномалии известны на многих камчатских вулканах - Большая Ипелька, Шмидта, Большая Кетепана и др.

Наиболее интересной особенностью ПСТ рассматриваемой впадины является наличие эксцентрично расположенного (к юго-востоку) от Шивелуча, интенсивного (до 16-18 мГал) эллипсовидного минимума. Аномалия находится южнее дугообразного уступа взрывного (провального-?) кратера Шивелуча и не может быть объяснена только разрушением части конуса. Можно предполагать, что гравиметрическая аномалия связана с крупным близповерхностным магматическим очагом "кислого" состава или с древней погребенной эксплозивно-провальной кальдерой.

Северо-восточнее Шивелучской впадины находятся сравнительно небольшие Верхне-Маимлинская (В) и Начикинская (НЧ) впадины, выполненные палеоген-неогеновыми осадочными отложениями и четвертичными молассами. Они разделены небольшими горстами, причленяющимися к ХПП и, как отмечалось ранее, обширной широтной Уколкинской впадиной, резко дискордантной по отношению к камчатским структурам. Проявление плиоцен-четвертичного вулканизма в пределах северного обрамления Начикинской впадины представлено одноименной вулкано-структурой с крупным, судя по гравиметрическим данным, субвулканическим массивом в центральной части. Отдельные позднеплейстоцен-голоценовые конусы отмечаются в пределах обрамления ВДЗ на полуострове Озерной.

Глубинные геолого-геофизические разрезы

Рис.3

Для анализа особенностей строения ЦКД и ее обрамления, кроме построения структурной схемы, мы провели плотностное моделирование по продольному и поперечному профилям (рис.3). В качестве основы использованы среднемасштабные гравиметрические данные, плотностные характеристики стратифицированных комплексов горных пород и сведения о глубине залегания МФ и КФ по результатам сейсмических и электроразведочных работ. Поскольку данные о латеральной петрофизической неоднородности консолидированной части земной коры весьма ограничены, в данном приближении она считается однородной. На продольном профиле Николка - Укинская губа предполагается отсутствие значительных изменений мощности и типа земной коры. Влияние более глубинных неоднородностей, имеющих, судя по сейсмологическим данным, северо-восточную зональность, не может внести существенных изменений в формирование модели наиболее "гравиактивной" верхней части коры. На поперечном профиле, так как он продлен в район восточного побережья Камчатки, региональное возрастание уровня ПСТ скомпенсировано уменьшением мощности коры при допущении существования контрастного плотностного перехода кора-мантия, хотя последнее является упрощением реальной ситуации в связи с существованием мощных коромантийных слоев и инверсий скорости в них в районах современного вулканизма, а также явно аномальными петрофизическими характеристиками сейсмофокального слоя.

Плотностная модель по продольному профилю показывает, что кровля метаморфид основного ряда с севера на юг погружается и достигает максимаальной глубины (7-8 км) в районе Толбачинской ВТД. Вулканогенно-осадочный слой в данной модели представлен мел-палеоценовыми и палеоген-неогеновыми отложениями, причем максимальная мощность последних развита, также, в районе Толбачинской ВТД. В силу принципа гравитационной эквивалентности, естественно, допустимы изменения в расчетных мощностях двух верхних слоев, но более интересна и важна проблема присутствия и распространенности в разрезе меловых вулканогенно-осадочных отложений, обнажающихся в районах горстовых поднятий обрамления ЦКД. Судя по геологическим данным, возможно, происходит выклинивание или изменение простирания этих отложений к северу, если метаморфиды Хавывенской возвышенности действительно более древние образования.

Проблема распространения в разрезе плотных (средняя плотность 2,8 г/см³ ) меловых вулканогенно-кремнистых отложений характерна и для поперечного профиля, проходящего через Хапицкую ВТД, хотя сама модель допускает включение их в предполагаемый геологический разрез. Необходимо отметить, что практически все исследователи, выделяя границу МФ, не дают четкого объяснения, какие именно отложения из диапазона мел-палеоцен подразумеваются. А между тем, расчленение этой части разреза имеет существенное значение в оценке истории геологического развития района и палеогеографических, палеогеодинамических обстановок. Наш опыт интерпретации гравиметрических данных показывает, что, в частности, выходы нижне-верхнемеловых вулканогенно-кремнистых и черносланцевых отложений фиксируются четкими интенсивными аномалиями ПСТ, а их кровля при моделировании может рассматриваться в качестве структурного горизонта, служащего основанием, на котором накапливались более поздние, преимущественно миогеосинклинальные формации.

Касаясь общих особенностей представленных моделей отметим, что характер ПСТ, при желании, допускает введение в модели внутрикоровых разуплотнений как в районе Хапицкой, так и Толбачинской ВТД. Однако мы этого не делаем, чтобы акцентировать внимание на нерешенные проблемы строения верхней части земной коры. Вулканогенно-осадочный слой земной коры наиболее "гравиактивен", и в ситуации, когда мы имеем два разноглубинных объекта с отрицательной эффективной плотностью, формальных трансформаций (осреднение, пересчет поля в верхнее пространство и т.д.) ПСТ явно недостаточно для точных геологических построений.

Структурное положении четвертичных вулканов

Как было показано, в глубинном строении ЦКД выделяется четкая продольная зональность, выраженная существованием трех продольных структурных зон с достаточно упорядоченным под влиянием транскамчатских широтных и северо-западных разломов блоковым строением. Как ЗДЗ, так и ВДЗ ЦКД в своих южных частях начинаются узкими приразломными грабенообразными депрессиями неотектонического облика. К северу они наращиваются более древними сложно построенными впадинами и вулкано-тектоническими депрессиями. Основываясь на геофизических данных, можно предполагать, что на начальных этапах большинство из них формировались как грабены. Во всяком случае, аномальная электропроводность фундамента Хапицкой, Козыревской, Толбачинской и (как недавно показали А.Г.Нурмухамедов. и В.С.Мишин) Долиновской впадин, свидетельствует об аномальной проницаемости и активном гидротермально-флюидном режиме в их недрах, что согласуется с обстановкой растяжения и, вероятно, рифтогенным режимом. Более интенсивной верхненеоген-четвертичной вулканической деятельностью характеризуется ВДЗ, восточные фланги ХПП и его локальные депрессионные зоны. К ВДЗ приурочены вулканы базальт-андезит-дацитовой ассоциации: Сопки Зимины, Шивелуч, Малая и Большая Удина, Безымянный, Начикинская ВТС. Над крупнейшими структуроконтролирующими магмоконтролирующими разломными зонами фундамента ЦКД находятся вулканы базальт-андезит-базальтовой ассоциации Толбачик, Камень, Ключевской. В осевой зоне ХПП расположены крупные щитовые плиоцен-четвертичные Николка и Плоские. В размещении вулканов часто значительную роль играют диагональные и ортогональные разломы фундамента ЦКД.

Выводы.

1. ЦКД имеет зональное строение, представлена двумя депрессионными зонами, разделенными крупным Хавывенским (большей частью погребенным) поднятием. Депрессионные зоны состоят из серии разновеликих впадин, мощность осадков в некоторых из них достигает 5 км. Хавывенское погребенное поднятие разбито на ряд крупных блоков разломами северо-западного и субширотного простирания. Лишь в одном блоке на поверхности вскрывается кристаллический (?) фундамент (Хавывенская возвышенность), а к югу и северу происходит его ступенчатое погружение. Южнее Николкинского блока, вероятно зона ХПП "задавлена" надвиговыми структурами Валагинского хребта. Природа ХПП не ясна, но судя по офиолитовому составу, можно полагать, что это фрагмент, остатки позднемеловой океанической плиты.

2. Наблюдения в северной части показывают, что Центрально-Камчатская депрессия выполнена почти полным разрезом палеоген-неогеновых отложений. Нижние их горизонты без видимого несогласия перекрывают верхнемеловые отложения островодужного типа. Наиболее мощные разрезы палеоген-неогеновых отложений наблюдаются по данным КМПВ, МТЗ в крупных впадинах (Долиновской, Козыревской, Хапицкой и др.). Некоторые локальные отрицательные структуры в пределах поднятия и ВДЗ, отраженные локальными гравитационными минимумами, возможно, имеют вулкано-тектоническое происхождение. Об этом свидетельствуют выходы вблизи аномалий кислой пирокластики и игнимбритов при отсутствии поверхностных кальдерных форм, которые могли быть эродированы или захоронены.

3.Вулканы сосредоточены главным образом в южной половине ЦКД. На северном ее окончании известны лишь две древние (плиоцен-четвертичные) вулканические постройки - Хайлюлинская и Начикинская. Характерно, что вулканы совершенно отсутствуют в зоне мощного разлома, обрамляющего ХПП с северо-северо-запада, а также в западной депрессионной зоне. Они распространены в центре погребенного поднятия, над разломами отделяющими его от восточной депрессионной зоны и в ней самой. Вулкан Кизимен следует отнести к группе вулканов ЦКД, так как он приурочен к восточному разломному борту Щапинского грабена, являющегося составной частью восточной депрессионной зоны. Возможно, что эту группу замыкает на юге одиночный вулкан Бакенинг.

Список литературы

Аносов Г.И., Биккенина С.К., Попов А.А. и др. Глубинное сейсмическое зондирование Камчатки. М. Наука, 1978. 130 с.

Апрелков С.Е., Ольшанская О.Н., Иванова Г.И. Тектоника Камчатки // Тихоокеанская геология. 1993. .N3. С.62-75.

Апрелков С.Е., Соколков В.А., Синельников С.Г., Зеленский В.В. Условия формирования эффузивно-пирокластической толщи и габбропорфиритов реки Еловки // Вулканология и сейсмология. 1990. N3. С.21-35.

Балеста С.Т., Гонтовая Л.И., Гринь Н.Е., Сенюков С.Л. Возможности сейсмического метода при изучении зон питания современных вулканов // Вулканология и сейсмология. 1989. .N6. С.42-53

Балеста С.Т., Гонтовая Л.И., Каргопольцев В.А. и др. Результаты сейсмических исследований земной коры в районе Ключевского вулкана // Вулканология и сейсмология. 1991. .N3. С.3-18.

Балеста С.Т., Иванов Б.В., Утнасин В.К., Аносов Г.И. Строение земной коры р