Геодинамическое положение верхнекайнозойского вулканизма Эгейско-Кавказского сегмента Альпийского складчатого пояса.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Образование различных магматических комплексов тесно связано с определенными геодинамическими обстановками. Для многих из них установлены вулканические комплексы-индикаторы - характерные серии магматических пород. Однако, столь широко распространенная обстановка межконтинентальной коллизии пока не находит четкого отражения при ее реконструкции на основании петрохимических и геохимических признаков вулканогенных образований. Возможно это происходит потому, что в силу конвергенции геохимических признаков, известково-щелочной магматизм, проявляющийся во время коллизии, на первый взгляд, плохо отличается от субдукционного. Кроме того, коллизионный вулканизм характеризуется большой сложностью и неоднородностью своего состава, что может объясняться различными причинами, и дополнительно осложняет задачу.

Эгейско-Кавказский сегмент Альпийского складчатого пояса характеризуется широким проявлением позднекайнозойского субаэрального вулканизма. Большой объем вулканогенных образований формировался в обстановке общей коллизии Африканской и Евразийской плит, что делает выбранный район чрезвычайно информативным полигоном для изучения особенностей современного коллизионного вулканизма с целью выявления специфических, только ему присущих черт.

Вулканические образования Центральной части Альпийского пояса являлись объектом изучения многих исследователей, которыми накоплен значительный объем фактического материала. Тем не менее, обобщающего анализа геохимических характеристик вулканитов в связи с геодинамическими особенностями их формирования в пределах пояса еще не проводилось.

Основной целью работы является выявление характерных петрохимических и геохимических признаков вулканогенных образований, сформировавшихся в геодинамической обстановке межконтинентальной коллизии и установление основных черт этой геодинамической обстановки.

При этом было необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить особенности современной геодинамики коллизионной зоны на базе анализа активной разломной тектоники и сейсмичности региона.

2. Выявить характерные геохимические особенности магматических образований коллизионных зон.

3. Разработать новые дискриминационные диаграммы, позволяющие по петрохимическим признакам с достаточной степенью достоверности выделять вулканиты коллизионных зон.

4. Сопоставив результаты геохимического анализа вулканитов с особенностями геодинамики конкретного региона, составить схему геодинамического районирования вулканогенных образований региона на основе выделенных геохимических признаков.

Для решения этих задач автором было создано специальное программное обеспечение, собран и оцифрован для компьютерной обработки различный фактический материал.

Научная новизна. В результате проведенных работ были получены следующие результаты: 1. Впервые проведен обобщающий анализ геохимических особенностей вулканитов для всего Эгейско-Кавказского сегмента Альпийского складчатого пояса. 2. Впервые выявлен комплекс геохимических признаков, позволяющий с достаточной степенью достоверности выделять вулканогенные образования, сформировавшиеся в обстановке межконтинентальной коллизии. 3. Детальный анализ геохимии и тектонического положения позднекайнозойских вулканитов Эгейско-Кавказского сегмента и их связи с современным структурным планом региона подчеркнул сложность строения коллизионной зоны и позволил выделить локальных геодинамических обстановок, проявившихся в условиях общей коллизии.

Методика исследований. Решение поставленной проблемы требовало совместного анализа больших объемов различной информации (геологической, геохимической, сейсмологической, геофизической, и др.), что явилось причиной активного использования в ходе работ компьютерной техники и поисков новых технологических подходов к решению геодинамических задач. В ходе выполнения работы была разработана оригинальная информационно-аналитическая система, базирующаяся на принципах активно развивающихся ГИС-технологиях.

Использование созданного рабочего макета информационно-аналитической системы, названной автором "PetroTec" (Petrology & Tectonics) позволило не только на современном уровне обрабатывать имеющиеся данные по изучаемому региону, но и, используя геохимические данные по всему миру, полученные в ходе выполнения международных проектов ODP (проект океанского бурения), DSDP (проект глубоководного бурения) , и IGBA (международная база данных по петрологии магматических пород), построить и апробировать комплекс новых дискриминационных диаграмм с выделением на них полей для вулканитов современных геодинамических обстановок зон континентальной коллизии , а также зон субдукции в активных континентальных окраинах, континентального и срединно-океанического рифтинга. Разработанные дискриминационные диаграммы вместе с наиболее характерными для вышеуказанных геодинамических обстановок распределениями микроэлементов и редких земель и послужили основой обработки геохимических данных по Эгейско-Кавказскому сегменту Альпийского складчатого пояса.

Для выяснения особенностей внутренней геодинамики территории использовались как литературные сведения о ее строении и активной тектонике, так и различные методики анализа сейсмичности. В частности, была разработана оригинальная методика выявления активных разломов по картам плотности сейсмичности.

Практическое значение. Результаты исследования имеют практическую ценность. Разработанные дискриминационные диаграммы, а также комплекс других геохимических характеристик коллизионных вулканитов может быть использован при проведении палеогеодинамических реконструкций. Новый технологический подход позволяет более объективно и удобно проводить геодинамические реконструкции на базе анализа вулканогенных формаций, а разработанное программное обеспечение является реально действующим инструментом, позволяющим проводить подобные исследования. Помимо методик анализа геохимических данных были разработаны достаточно удобные при решении геодинамических задач методы обработки сейсмологической информации, и создано соответствующее программное обеспечение. Также были собраны новые банки данных по геохимии вулканитов и разломной тектонике изучаемого региона.

Фактический материал. В ходе работы использовался большой объем фактического материала. Источником геохимической информации служили банки данных уже упомянутых выше проектов океанского и глубоководного бурения (которые, в основном, были использованы для определения полей пород срединно-океанических хребтов на дискриминационных диаграммах), база данных IGBA (с третьей по пятую версию), а также литературные сведения. Адаптированный и отобранный банк данных по всему миру составил в сумме более чем 28000 анализов, имеющих географическую и возрастную привязку. Отобранный банк данных по изучаемым плиоцен-четвертичным вулканитам Центральной части Альпийского пояса составил более чем 400 анализов , представляющих собой выборку из более чем 1500 анализов, наиболее полные из которых в работе представлены в виде таблиц. Следует отметить, что при отборе материала предпочтение отдавалось анализам, содержащим данные по рассеянным и редким элементам. В общем, таких анализов для изучаемого региона накоплено значительно меньше, чем и объясняется размер отобранного банка. Координатная привязка литературных данных делалать автором работы исходя из приведенных описаний анализов.

Основным источником сейсмологической информации служил каталог PDE за 1908-1995 годы. Кроме того, для анализа напряженного состояния в отдельных районах использовались каталоги решений механизмов очагов землетрясений А.О. Мострюкова с соавторами (1994) и Гарвардской обсерватории (GMT solution), а также данные, любезно предоставленные участниками проекта European Stress Map (GFZ-Potsdam, Германия).

Геологическая основа была получена с геологических карт Кавказа и Греции масштаба 1:500000 и геологической карты Турции масштаба 1:1000000. Кроме того, использовались свободно распространяемые в электронном виде данные различных геологических и географических служб мира.

Большая часть использованных в работе материалов существует в оцифрованном электронном виде с координатной привязкой и в форматах, воспринимаемых информационно-аналитической системой PetroTec.

Структура работы. Диссертация объемом 99 страниц машинописного текста состоит из введения, пяти глав и заключения. В первой главе рассматриваются основные этапы истории изучения и современные представления об условиях формирования верхнекайнозойских вулканитов Эгейско-Кавказского сегмента. Во второй главе представлен краткий очерк геологического строения региона. Третья глава посвящена методике проводимых исследований. В четвертой главе рассмотрены представления о современной геодинамике региона и его разломная тектоника. Пятая глава посвящена геохимическим особенностям верхнекайнозойского вулканизма Эгейско-Кавказского сегмента и геодинамическим условиям его проявления. Приведен список литературы из 152 наименований, дисертация содержит 59 иллюстраций, 7 графических приложений и 3 таблицы.

Апробация работы. По теме исследований опубликовано 9 статей и тезисов докладов. Отдельные результаты исследований докладывались на Международной конференции "IESCA-1995" (Измир 1995), Ежегодных научных конференциях "Ломоносовские чтения" (Москва 1996,1997), "5-th Zonenshain conference on plate tectonics" (Москва 1996), Международной конференции "Закономерности эволюции Земной коры" (Санкт-Петербург 1996), Международной конференции "North Caucasus Foredeep, Interplate Tectonics and Basin Dinamics, EUROPROBE/INTAS" (Ялта 1996), Международном конгрессе EUG9 (Страсбург 1997).

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность за ценные советы и консультации, полученные на различных этапах работы В.Н. Вадковскому, А.Ю. Бычкову, И.В. Ананьину, А.А. Зарщикову, Л.А. Сим, М.Г. Ломизе и др., К.Э. Добкину за консультации в вопросах программирования, Д. Штромееру за любезное предоставление данных.

Особую благодарность автор считает своим долгом выразить руководителю работы , профессору Н.В. Короновскому и ст.н.с. Л.И. Деминой, оказывавших помощь и консультации при формировании банков данных по составам вулканогенных пород и обработке геохимических данных.