Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геодинамические обстановки проявления позднекайнозойского вулканизма Эгейско-Кавказского сегмента Альпийского складчатого пояса

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Симонов, Дмитрий Андреевич, Москва

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Геологический факультет Кафедра динамической геологии

на правах рукописи

УДК: 551.24/21 -.550.4(495+560+234.9)

Симонов Дмитрий Андреевич

Геодинамические обстановки проявления позднекайнозойского вулканизма Эгейско-Кавказского сегмента Альпийского

складчатого пояса.

Специальность 04.00.01 - общая и региональная геология

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель:

Доктор геолого-минералогических наук

профессор

Николай Владимирович Короновский

Москва 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. 1 Глава 1. История геологического изучения и современные представления об условиях формирования верхнекайнозойских вулканитов Эгейско-Кавказского

сегмента Альпийского складчатого пояса. 8

1.1. Модели формирования вулканитов сегмента 11

Глава 2. Краткий очерк геологического строения Эгейско- 21 Кавказского сегмента Альпийского складчатого пояса.

2.1. Складчатая система Балканид 25

2.2. Срединные массивы Эгейского региона и Вардарская 26 зона

2.3. Складчатая система Эллинид 29

2.4. Складчатая система Таврид 30

2.5. Центрально-Анатолийская зона срединных массивов 32

2.6. Складчатое сооружение Понтид 33

2.7. Кавказ 34 Глава 3. Методика исследований 42

3.1 . Технологическая база исследований 43

3.2 . Анализ геохимической информации 48

3.3 . Анализ сейсмологических данных 53 Глава 4 Современная геодинамика и разломная тектоника 59

4.1. Кавказский сегмент 62

4.2. Анатолийский сегмент 66

4.3. Эгейский сегмент 68 Глава 5 Позднекайнозойский вулканизм Эгейско-Кавказского

сегмента Альпийского складчатого пояса и

геодинамические условия его проявления 77

5.1. Вулканизм Транскавказского пересечения 79

5.1.1. Магматические образования Минераловодского выступа 82

5.1.2. Вулканиты Большого Кавказа 82

5.1.3. Вулканиты Закавказья и Малого Кавказа 85

5.1.4. Вулканиты Восточной Анатолии 97

5.2. Вулканизм Анатолийского сегмента 107

5.3. Вулканизм Эгейского региона 110

5.4. Основные геодинамические типы вулканитов Эгейско-Кавказского сегмента Альпийского складчатого пояса.

5.4.1. Собственно коллизионные вулканиты 118

5.4.2. Вулканиты коллизионно-рифтового типа 118

5.4.3. Вулканиты с геохимическими чертами вулканизма 124 зон субдукции 132

Заключение 136

Таблицы 140

Графические приложения 155

Литература 161

ВВЕДЕНИЕ

Центральная часть Альпийского складчатого пояса, от континентальной Греции и Эгейского моря на западе до Кавказского сегмента на Востоке характеризуется широким проявлением позднекайнозойского субаэрального вулканизма. Большой объем вулканогенных образований(Милановский, Короновский, 1975) формировался в общей обстановке коллизии между Африканской и Евразийской плитами, начавшейся с позднего мела, а местами с середины эоцена (Короновский, 1979). К позднему миоцену практически повсеместно в пределах сегмента произошло закрытие бассейнов с корой океанического типа, приведшее к жесткому столкновению континентальных масс двух литосферных плит. Приблизительно в то же время началось раскрытие Красноморского рифта и связанное с ним увеличение скорости конвергенции Аравийской и Евразийской плит, приведшей к дополнительной активизации коллизионных процессов, особенно в восточной части сегмента.

Таким образом, выбранный участок Альпийского пояса является чрезвычайно информативным полигоном для изучения особенностей современного коллизионного вулканизма с целью выявления присущих ему специфических черт.

Образование различных магматических комплексов, как известно, связано с определенными геотектоническими обстановками. Для многих, наиболее типичных, установлены вулканические комплексы-индикаторы - характерные серии магматических пород, позволяющие , используя метод актуализма, успешно проводить палеогеодинамический анализ (Зоненшайн, Кузьмин, 1993; Шульц и др., 1991). Пожалуй, наиболее детально и успешно эта задача решена для рифтовых обстановок континентов и океанов, а также для субдукционных обстановок активных

континентальных окраин и островных дуг (Pearce et.al., 1973; Miashiro, 1974; Pearce , 1975; Pearce et.al., 1977; Wood, 1980; Добрецов, 1981; Gill, 1981; Pearce, 1983; Meshde, 1986; Фролова и др., 1989; Maniar, 1989 ; и др.). Однако, столь широко распространенная обстановка межконтинентальной коллизии пока не находит четкого отражения при реконструкциях отчасти потому, что магматизм, протекающий во время коллизии, традиционно относится к известково-щелочному типу и, на первый взгляд, мало чем отличается от субдукционного. Кроме того, коллизионный вулканизм характеризуется значительно большей сложностью и неоднородностью своего состава, что может объясняться различными причинами.

С одной стороны, следует иметь в виду, что при коллизионном процессе земная кора формируется в результате столкновения континентальных масс. Столкновение сопровождается сложнейшими геологическими процессами: деформацией горных пород,

складчатостью, разрывообразованием, метаморфизмом и др. При этом происходит существенное преобразование пород в междуплитном пространстве, формирование зон срыва, особенно в нижней, сравнительно пластичной континентальной коре, и т.д. Обусловленные этими процессами неоднородности в формирующейся континентальной коре имеют непосредственное отношение к характеру магмы, выплавляющейся при коллизии. Вполне естественно, что и состав этой магмы будет неоднородным, что может выражаться в существенных латеральных вариациях химического состава вулканитов, что отмечалось В. С. Поповым и др. (1987) и другими авторами для плиоцен-четвертичного вулканизма Кавказа.

С другой стороны, в результате сложных взаимодействий блоков в зоне коллизии могут складываться локальные условия, отвечающие геодинамическим обстановкам других типов. Кроме того, на процесс формирования вулканогенных образований в зонах коллизии могут

оказывать влияние и «наложенные» процессы, протекающие одновременно с коллизией, но не зависимые от нее.

Вулканические образования Центральной части Альпийского пояса являлись объектом изучения многих исследователей (Paskuare, 1966, 1968; Милановский, Короновский, 1973, 1975; Innocenti et.al., 1979, 1982, 1984; Keller, 1983; Papavasiliou , 1984; Попов и др. , 1987,1996; Pearce et. al. , 1990; Keskin et.al. , 1994; Короновский, 1994 и многие другие), накоплен большой фактический материал по составу вулканических пород, строились геодинамические модели их формирования для отдельных провинций (Демина, Короновский, 1996; Pearce et. al., 1990 и др.). Однако обобщающий анализ геохимических характеристик вулканитов в связи с геодинамическими особенностями их формирования еще не проводился.

Исходя из сказанного видно, что актуальной задачей исследования является детальный анализ состава и геодинамического положения вулканитов, образовавшихся на достаточно протяженном участке коллизионного пояса с целью установления его тектонического строения и выявления серий вулканических пород, являющихся характерными комплексами-индикаторами процесса межконтинентальной коллизии.

Решение поставленной проблемы требовало совместного анализа больших объемов различной информации ( не только геохимической , но и геофизической, сейсмологической, и др.). Это явилось причиной активного использования в ходе работ компьютерной техники и, кроме того, разработки новых технологических подходов к решению геодинамических задач, так как имевшиеся программные продукты не позволяли производить обработку данных на современном уровне. В ходе выполнения работы была разработана оригинальная информационно-аналитическая система, базирующаяся на принципах активно развивающихся в мире ГИС-технологиях.

Использование созданного рабочего макета информационно-аналитической системы, названной автором «PetroTec» (Petrology & Tectonics) позволило не только на современном уровне проанализировать имеющиеся данные по изучаемому региону, но, используя петрологические 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 субдукции в активных континентальных окраинах, континентального и срединно-океанического рифтинга, а также зон межконтинентальной коллизии.

Детальный анализ геохимии и тектонического положения верхнекайнозойских вулканогенных образований Эгейско-Анатолийско-Кавказского сегмента и связи вулканитов с современным структурным планом региона позволил выделить ряд локальных геодинамических обстановок, подчиненных общей коллизии , или наложенных на нее. Последнее, в свою очередь, дало возможность более детально судить о структуре коллизионной зоны на одном из наиболее активных и интересных участков Альпийского складчатого пояса.

Результаты исследования имеют значительную практическую ценность. Разработанные дискриминационные диаграммы, а также комплекс других геохимических характеристик коллизионных вулканитов может быть с успехом использован в дальнейшем при проведении палеогеодинамических реконструкций. Новый технологический подход позволяет более объективно и удобно проводить геодинамические реконструкции на базе анализа вулканогенных комплексов, а разработанное программное обеспечение является реально действующим инструментом, позволяющим проводить подобные

исследования. Помимо методик анализа геохимической информации были разработаны достаточно удобные при решении геодинамических задач методы анализа сейсмологических данных и создано соответствующее программное обеспечение. Были созданы новые банки данных по геохимии вулканитов и разломной тектонике изучаемого региона.

В ходе работы был использован большой объем фактического материала. Источником геохимических данных служили банки данных уже упомянутых выше проектов океанского(СЮР) и my60K0B0flH0r0(DSDP) бурения (в основном эти данные были использованы для определения полей пород срединно-океанических хребтов на дискриминационных диаграммах), база данных IGBA (с третьей по пятую версию), а также литературные данные. В сумме, адаптированный банк данных по всему миру составил 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 (рис. В-1), представляющих из себя 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. Таких анализов для изучаемого региона накоплено значительно меньше, чем и объясняется размер отобранного банка данных. Координатная привязка литературных данных делалась автором работы исходя из приведенных описаний анализов.

Основным источником сейсмологической информации служил каталог землетрясений PDE за 1908-1995 годы. Кроме того, для анализа напряженного состояния в отдельных районах использовались каталоги решений механизмов очагов землетрясений Мострюкова с соавторами (1993) и Гарвардской обсерватории (GMT solution), а также

Рис. В-1. Схема локализации районов отбора геохимических анализов, использованных в работе.

данные, любезно предоставленные участниками проекта European Stress Map (GFZ-Potsdam, Германия).

Геологическая основа была взята 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 существуют в оцифрованном электронном виде с координатной привязкой и в форматах, воспринимаемых информационно-аналитической системой PetroTec.

Диссертация объемом 99 страниц машинописного состоит из введения, пяти глав и заключения. Приведен список литературы из 146 наименований, содержит 59 иллюстраций, 7 графических приложений и 3 таблицы.

Автор выражает глубокую признательность за ценные советы и консультации, полученные на различных этапах работы В.Н. Вадковскому, А.Ю. Бычкову, И.В. Ананину, A.A. Зарщикову, Л.А. Сим 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, оказывавшей незаменимую помощь и консультации при формировании банков данных по составам вулканогенных пород и обработке геохимических данных.

ГЛАВА 1.

ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ УСЛОВИЯХ ФОРМИРОВАНИЯ ВЕРХНЕКАЙНОЗОЙСКИХ ВУЛКАНИТОВ ЭГЕЙСКО-КАВКАЗСКОГО СЕГМЕНТА АЛЬПИЙСКОГО СКЛАДЧАТОГО

ПОЯСА

Начало геологических исследований новейших вулканических и субвулканических образований центральной части Альпийского складчатого пояса было положено еще в прошлом столетии, и в настоящее время их геология достаточно хорошо, хотя и до сих пор не равномерно, изучена. Более подробные данные имеются для Кавказа и Эгейского региона, меньше сведений о вулканитах Малой Азии, где их систематическое изучение началось сравнительно недавно.

Первым этапом исследования вулканогенных образований в пределах изучаемой территории можно считать их общее изучение во второй половине XIX - начале XX веков. Одним из пионеров в описании молодых вулканогенных образований в пределах Эгейско - Кавказского сегмента Альпийского пояса был Герман Абих, опубликовавший в 1852 году сообщение о наличии на Кавказе молодого вулканизма (Абих, 1852). Вслед за сообщением Г. Абиха во второй половине XIX - начале XX века появился еще ряд работ, посвященных вулканизму Кавказа. Однако исследования этого периода были чисто описательными, и выполнялись в ходе случайных геологических маршрутов с попутным описанием вулканитов, хотя следует отметить, что с конца XIX века стали производиться и специальные работы по изучению вулканогенных образований. Появились петрографические описания пород, иногда сопровождаемые даже геохимическими анализами (Tshermak, 1872; Ammon, 1887; Dannenberg, 1900; Дубянский, 1904; Смирнов, 1914). Одним из крупнейших исследователей вулканитов Кавказа того времени можно считать Ф.Ю. Левинсон-Лессинга, не только занимавшегося геохимией

Кавказских вулканитов, но и впервые отметившего связь вулканизма с разломной тектоникой (Левинсон-Лессинг, 1913,1914).

На втором этапе исследовании, охватывающем промежуток времени с начала 20-х до начала 60-х годов нашего столетия главное внимание при изучении вулканитов уделялось их геологическому положению и вещественному составу.

В период между двумя мировыми войнами на Кавказе был проведен ряд специальных исследований, посвященных геологии молодых вулканических образований, велись работы по поискам полезных ископаемых и геологическая съемка. К этому времени относится ряд работ по геохимии и петрографии вулканитов (Платонов, 1928; Лучников, 1930; Реенгартен, 1932; Волков, 1932; Симонов, 1934 и др.). Весьма примечательно, что в работах этого периода приводилась и точная географическая привязка геохимических анализов (Симонов 1934), в большинстве случаев отсутствующая в современных публикациях, что весьма затрудняет формирование банков данных по геохимии вулканитов и понижает точность исследований при их использовании. Геохимические и геологические исследования вулканогенных образований проводились в это же время и в Эгейском регионе (Kossmat, 1924; Georgalas, 1925; Liasticas, 1939 и др.).

После окончания Второй Мировой войны изучение геологического строения а также и геохимических особенностей вулканитов в Центральной части Альпийского пояса было возобновлено. Главным образом это были региональные исследования, проводимые по большей части в пределах Эгейского региона и на Кавказе (Еремеев, Пертров, 1946; Габреилян, 1948, 1952; Paraskevopoulos, 1956; Милановский, 1956, 1960; Davis, 1956, 1959; Масуренков, 1957; Схиртладзе, 1958; Короновский, 1964; Paskuare, 1966,1968; Pekett, 1969; Nicholas, 1971; Borsi et al. 1972; Keller, 1972; и многие другие).

Начало нового этапа в истории изучения вулканогенных образований региона, характеризующегося увеличением внимания исследователей к взаимосвязи вулканизма и геодинамики, можно отсчитывать приблизительно с начала 60-х годов. В 1958 году появилась одна из первых плейттектонических моделей строения Средиземноморского региона (Carey, 1958), а в 60-х годах вышел в свет целый ряд работ, посвященных тектонике, истории и особенностям развития как Альпийского складчатого пояса в целом, так и отдельных его звеньев (Муратов, 1962, 1969а, 19696; Хаин 1970; McKenzie 1970, 1972; Dervey et al. 1973 и др.). С их появлением и�