В pезультате детальных петpогpафических, минеpалогических и геохимических исследований магнезиальных и высокоглиноземистых базальтов Ключевского вулкана получены новые данные о составе, условиях кpисталлизации и месте генеpации магм. Все базальты обладают сходными петрографическими и минералогическими особенностями и характеризуются устойчивыми геохимическими связями. На вариационных диаграммах они образуют единое поле точек составов пород. При повышении содержаний Mg в вулканитах повышаются концентрации Ca,Ni,Co,Cr,Sc и одновременно понижаются - Si,Al,Ti,Na,K,Rb,Ba,Sr,U,Zr и легких РЗЭ. Все это свидетельствует о генетической связи магнезиальных и высокоглиноземистых базальтов [8, 9]. К аналогичному выводу пришли и более поздние исследователи базальтов Ключевского вулкана [10].

Интервалы магнезиальности фенокристаллов оливинов и пироксенов всех базальтов Ключевского вулкана варьируют в широких пределах:от Fo92 до Fo75 в оливинах и от Mgx100/Mg+Fe=91 до Mgx100/Mg+Fe=75 в пироксенах. В базальтах вулкана Крестовского составы оливинов достигают магнезиальности Fo94. Наиболее яркой чертой всех вулканитов является систематическое несоответствие расчетных составов оливинов на ликвидусе реальным составам оливинов в базальтах (Рис.1) и присутствие во всех базальтах “ксенокристаллов” высокомагнезиальных оливинов {Fo92-89} с включениями высокохромистой шпинели {Cr/Cr+Al=55-60}, которые могут быть равновесны с первичными мантийными выплавками [5].

Для магнезиальных базальтовых магм Ключевского вулкана впервые прямым методом определено содержание Н₂О [12, 4]. Содержания Н₂О установлены методом ионного микроанализа закаленных стекол природных и экспериментально гомогенизированных расплавных включений во вкрапленниках оливинов (Fo88-90) из магнезиальных базальтов побочных прорывов Ключевского вулкана (Лучицкого, Булочка, Цирк, Слюнина). Полученные значения H₂O варьируют в интервале 2,2-2,9 мас. %. Эти значения существенно превышают оценки для примитивных островодужных магм и являются первым достоверным определением исходного содержания Н₂О в родоначальных магмах типичных островодужных серий. Наиболее близкий результат, опубликованный в работе T.W Sisson и G.D. Layne [11] относился к существенно фракционированным островодужным андезитам, а не к примитивным магмам, как в наших исследованиях. Метод балансовых расчетов показал, что фракционирование родоначальных магнезиальных магм Ключевского вулкана до стадии андезитов может привести к накоплению Н₂О в закрытой системе до значений 6 мас.%, что согласуется с данными работы [11].

В закаленных стеклах природных и экспериментально гомогенизированных 20 расплавных включений в фенокристаллах оливинов магнезиальных базальтов Ключевского вулкана. методом ионного микроанализа получены данные о концентрациях элементов-примесей Zr, Sr, Y, Nb, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Dy, Er, Yb). Все составы расплавов имеют явные признаки островодужных магм, а именно: высокие (избыточные на спайдер-диаграмме) концентрации крупноионных литофильных элементов (Ba, K, Sr) и аномально низкие концентрации высокозарядных катионов (Ti, Zr, Nb), а также высокие содержания H₂O. По этим данным составы стекол расплавных включений в минералах и составы содержащих их пород не различаются. (Рис.2)

Термометрические эксперименты, проведенные методом гомогенизации расплавных микровключений оливинов и клинопироксенов магнезиальных базальтов в атмосфере чистого гелия с визуальным оптическим контролем, показали, что клинопироксены кристаллизуются в интервалах температур 1080-1200 С. Расплавные микровключения в оливинах гомогенизирутся частично (расплав+газ). Расчетные температуры кристаллизации оливинов составляют 1330-1370 С. С учетом 2,9 % воды в исходном расплаве, верхний температурный предел кристаллизации оливина Fo91,5 соответствует 1270 С.

Оценки давления кристаллизации магнезиальных базальтов Ключевского вулкана, полученные по плотности флюидных включений в оливинах и пироксенах с учетом приведенных температур свидетельствуют, что минимальная оценка давления кристаллизации, расчитанная по плотности флюидных включений в оливинах, составляет 5-6 кбар. Для пироксенов (авгитов) давление кристаллизации значительно ниже, так как реальные плотные фазы в их флюидных включениях не обнаружены. По- видимому, это первые килобары. Последнее находится в соответствии с геофизическими данными, петрографическмими особенностями базальтов и наблюдениями за динамикой извержения Ключевского вулкана в 1993, 1994гг [3].

Состав первичного расплава, установленный на основе составов закаленных расплавных включений в оливинах и численного моделирования обратного хода фракционной кристаллизации расплава в поле оливина, соответствует высокомагнезиальныму пикриту, с содержанием MgO 13-13.5 мас.%, близкому к предельному насыщению SiO₂. [4]. Глубина отделения первичного расплава от лерцолит-гарцбургитовой мантии, расчитанная по изобарам диаграммы оливин-плагиоклаз -кварц-диопсид (Ol-Pl-Q-Di) соответствует 50-70 км.( 15-18 кбар), а температура – 1370-1400С. Полученые оценки глубин образования магм Ключевского вулкана (50-70 км) соответствуют максимальным оценкам по сейсмическим и расчетным данным других исследователей [1, 6].

Типичной характеристикой полученных первичных составов магм является их обогащенность Н₂О (2,2-2,9% мас.) и крупноионными несовместимыми элементами (Sr, Rb, Ba), что может свидетельствовать о привлечении субдукционного компонента (расплав-флюид) в область магмообразования.

В высокоглиноземистых базальтах потока Апахончич (извержение Ключевского вулкана 1956 г.) проведено детальное исследование магматических включений во вкрапленниках оливина (Fo 71-79), клинопироксена ( Mg 70-81) и плагиоклаза -An 47-84 [2]. Стекловатые расплавные включения анализировались на содержание главных элементов (рентгено-спектральный микроанализатор). Для оценки содержания воды были использованы расчетные методы.

Впервые в базальтах Ключевского вулкана в фенокристаллах оливинов и клинопироксенов установлены высокоглиноземистые (Al₂O₃= 16-20 мас%) расплавные включения. Это является прямым доказательством существования высокоглиноземистых расплавов из которых кристаллизовались плагиоклазовые базальты потока Апахончич. Вкрапленники базальтов кристаллизовались в диапазоне температур 1145-1030С и давлений 1 -2 кбар.

Вариации содержаний воды в расплавах явились главным фактором, контролирующим фазовые соотношения на ликвидусе кристаллизующихся расплавов. Накопление воды в магматической системе приводило к задержке кристаллизации плагиоклаза и образованию высокоглиноземистых расплавов.

Полученные данные свидетельствуют, что на заключительном этапе эволюции магм Ключевского вулкана кристаллизация минералов-вкрапленников происходила в условиях быстрого декомпрессионного подъема высокоглиноземистых расплавов из глубины к поверхности и сопровождалась их резкой дегазацией.

1. Горшков Г.С. О глубине магматического очага Ключевского вулкана. // Докл.АН СССР, 1956, т.106. N4.C.703-705
2. Миронов Н.Л., Портнягин М. В, Плечов П. Ю., Хубуная С. А. Заключительные этапы эволюции магм Ключевского вулкана (Камчатка) по данным изучения расплавных включений в минералах высокоглиноземистых базальтов. // Петрология, 2001, № 1, с.51 -69
3. Хубуная С. А, Аносов Г. А. Малоглубинный магматический очаг под Ключевским вулканом (Камчатка) // Тезисы докладов международной конференции по вопросам сейсмологии, вулканологии и процессам субдукции Камчатско-Алеутского региона. Петропавловск-Камчатский, 1998 г.
4. Хубуная С. А., Соболев А.В Первичные расплавы известково-щелочных магнезиальных базальтов Ключевского вулкана (Камчатка) //Докл. АН. 1998. T.354.
5. Хубуная С.А., С.О.Богоявленский, Т.Ю.Новгородцева, А.И.Округина. - Минералогические особенности магнезиальных базальтов как отражение фракционирования в магматической камере Ключевского вулкана. Вулканология и сейсмология, 1993, N 3, с.46-68.
6. Федотов С.А. Расчет питающих каналов и магматических очагов вулканов, имеющих устойчивые размеры и температуру.//Вулканология и сейсмология. 1982. N3. C.3-17.
7. Ford C.E.,Russel D.G.,Craven I.A., Fisk M.Q. Olivine-liquid equlibria: temperature, pressure and composition dependence of the crystal/liquid cation partition cocficicuts for Mg, Fe2+,Ca,Mn.//J.Petrol. 1983, V. 24. Part.3. P.256-265.
8. Hubunaya S.A., Sobolev A.V. (1995) Parental magmas for island arc high-alumina basalts: results of magmatic inclusions study in phanocrysts from high-Mg basalts of Kluchevskoy volcano, Kamchatka. Eos Trans. AGU, 76 (17), Spreng Meet.Suppl., S270.
9. S. A. Khubunaya, A.Y.Ozerov, S. O. Bogojavlensky.-Geochemical and mineralogic characteristics of basalts of the Klyuchevskoy volcano as retlection of fractionation in the chamber. In .... Internation conference on Active Volcanoes and Bisk Miligation. Napoli,1991.
10. Kersting A.B., Arculus R.J. Klyuchevskoy volcano, Kamchatka, Russia; the role of high -flux recharged , tapped and fractionated magma chamber (s)in the genesis of high Al2O3 from high -MgO basalt// J.Petrol. 1994. V.35. №1. P.1-41
11. Sisson T.W. , Lane G.D. H2O inbasalt and basaltic andesite glass inclusionsfrom 4 subduction –related volcanoes//Earth Planet.Sci.Lett,1993, V.117.I 3-4. P.619-635
12. Sobolev A. V. , Chaussidon M. H2O concentration in primary melts from islands arcs and mid ocean ridges. Implications for H2O storage and recycling in the mantle// Earth Planet. Sci.Lett. 1996. V137. P. 45 -55