Плиоцен-четвертичные пеплы на территории Южного Федерального округа (проблемы, парадоксы, идеи)

Плиоцен-четвертичные пеплы на территории Южного Федерального Округа

В.М. Газеев*1 , А.Г. Гурбанов*2, А.Б. Лексин*3, А.Я. Докучаев*4 , С.И. Исаков*5

ВВЕДЕНИЕ

Вулканический пепел является важным геологическим свидетельством мощных эксплозивных извержений, часто имеющих катастрофические последствия. Будучи выброшенным в верхние слои атмосферы, он разносится воздушными потоками на большие расстояния (до 1000 и более километров) и выпадает на обширной территории. В фаунистически плохо охарактеризованных геологических разрезах пепловые горизонты могут служить надежным маркирующим уровнем и использоваться:

- для определения возраста вмещающих их толщ, если известен возраст пеплов в разрезе вулкана;

- изучения катастрофических событий, связанных с прошлыми эксплозивными извержениями, и определения частоты их повторяемости, что важно для моделирования катастрофических экологических сценариев на случай возобновления активности «спящих» вулканов Кавказа;

- реконструкции палеогеографических условий, в частности особенностей циркуляции воздушных масс в атмосфере на момент извержения;

- промышленного производства и строительства в качестве утеплителя, добавок для пуццо-ланизации портланд-цемента и в качестве мягкого абразива.

Датирование пепловых горизонтов, обнаруженных в Предкавказье, позволит полнее расшифровать историю новейшего вулканизма Кавказа. Для использования вулканического пепла (тефры) в качестве геологического маркера и выявления конкретных вулканов, с активностью которых связан тот или иной пепловый горизонт, необходимо знать типоморфные минералогические и геохимические характеристики и возраст туфовых и пепловых горизонтов, занимающих

определенное положение в разрезах вулканов Кавказа. Для многих вулканов такая информация у нас имеется.

В периодической литературе иногда появляется информация о находках разновозрастных пеплов и туфов на территории Южного Федерального округа. Но до сих пор нет систематики этих пеплов, их минералогической и геохимической характеристик, отсутствуют такие данные и по ряду эталонных объектов. Эта задача, по-видимому, не под силу отдельным разрозненным коллективам геологов, работающих на ограниченных территориях и часто не имеющих доступа к современным аналитическим приборам. Это вытекает из того, что проблема, обозначенная около века назад первыми исследователями региональной геологии Кавказа, до сих пор не решена. Нужна комплексная целенаправленная программа исследований по этой проблеме и объединение усилий многих коллективов исследователей.

На рубеже XX и XXI веков на Центральном Кавказе начали комплексные исследования сотрудники лабораторий петрографии и изотопной геохимии и геохронологии Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ РАН), изучавшие новейший вулканизм Большого Кавказа (БК). В процессе этих работ изучались известные и впервые обнаруженные пепловые горизонты, расположенные как в районах вулканических центров, так и за их пределами. В настоящей статье публикуются материалы, которые в дальнейшем будут дополнены. В итоге они послужат базой для создания эталонной схемы, включающей сведения о распростра- ненности и особенностях петрохимического, геохимического и минералогического составов и возраста плиоцен-четвертичных пеплов Южного Федерального Округа.

* Газеев В.М. - к. г.-м. н., н. с. ИГЕМ РАН.

*2 Гурбанов А.Г. - к. г.-м. н., в. н. с. ИГЕМ РАН.

* Лексин А.Б. - м. н. с. ИГЕМ РАН.

* Докучаев А.Я. - к. г.-м. н., с. н. с. ИГЕМ РАН. Исаков С.И. - н. с. ИГЕМ РАН.

Рис. 1. Положение фигуративных точек плиоцен-четвертичных пеплов на диаграмме ОД/К20:

1 - пеплы Эльбрусского вулканического центра; 2 - пеплы Южной Осетии (Кельский район, карьер в правом борту р. Малая Лиахва) и Северной Осетии (свита Руах-Дзуар); 3 - пеплы г. Крандух, долины р. Халагори и Отказненского водохранилища

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕПЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА И В ПРИЛЕГАЮЩИХ РЕГИОНАХ

Одна из характерных особенностей кайнозойских отложений на территории Южного Федерального Округа - присутствие в них прослоев и линз пеплов (тефры). Впервые они были отмечены Г.В. Абихом в 1863 году в Закавказье на Апшеронском полуострове. Затем пеплы описывались Н.И. Андрусовым в 1904-1911 годах на Таманском и на Керченском полуостровах; В.П. Рентгартеном в 1910 году - на Центральном Кавказе в окрестностях города Нальчика. В этот же период П.З. Виноградов-Никитин обнаруживает под толщей пеплов Ахалцихского района остатки окаменелого третичного леса, что свидетельствует о катастрофическом характере извержения.

Первое обобщение данных по вулканическим пеплам Кавказа и Закавказья опубликовано в 1914 году П.Н. Чирвинским. По уменьшению размерности обломков стекла и темноцветных минералов им впервые было определено направление переноса и показано, что Челекенские пеплы родом из Закавказья. А.А. Дубянский в 1928-1940 годах описал пеплы в плейстоценовых и акчагыльских отложениях Воронежской области. П.А. Православцев [11] в 1930 году обнаружил вулканический пепел дацитового состава на правобережье р. Кубань у станицы Темиржбек-ской Краснодарского края. Время породившего их извержения предположительно отнесено им к миндель-рисской межледниковой эпохе, а источником определены не действующие ныне вулканы Кавказа. А.А. Якубов в 1936 году опубликовал данные о вулканических пеплах Апшеронского полуострова. На основании сравнения химического состава пепла с лавами Большого и Малого

Кавказа им сделан вывод о происхождении пепла из вулканических центров Малого Кавказа, что подтверило правильность выводов П.Н. Чирвин-ского. П.К. Заморий в 1937 году описал четвертичные пеплы в Степном Крыму, которые при ЭЮ2 = 57,45 % имеют повышенную щелочность: К2Ю = 4,65 %; Ыа2Ю = 5,68 %. Н.С. Боганик [1] в 1948 году описал линзы пепла на речной террасе р. Подкумок вблизи железнодорожных станций Подкумок, Скачки и станиц Константиновка, Лысогорская, где они принимают участие в строении вюрмских террас. Н.Н. Карлов [3] в 1957 году рассмотрел историю изучения вулканических пеплов Европейской части СССР, но интерес к этим объектам не ослабевает до сих пор. В.С. Саянов [14] отметил обилие пеплов и продуктов их разложения в нижнесарматских отложениях Молдавии и предложил использовать их для увязки с миоценовыми разрезами Молдавии, Украины и Румынии. Н.И. Схиртладзе впервые [15] использовал пеплы для датирования вулканических образований. И.Н. Ремизов [12] описал на Украине около 50 пунктов, где в четвертичных суглинках присутствуют вулканические пеплы. Большинство из них приурочено к территориям Донецкой, Луганской, Полтавской и Харьковской областей. Отдельные проявления пеплов известны по Днепру и на Сиваше, а также в Измаильской и Воронежской областях. Пеплы часто залегают в пролювиальных отложениях второй половины неоплейстоцена, относимой к начальной стадии Осташковского оледенения. Состоят они в основном из изотропного вулканического стекла трахитового состава. В некоторых пеплах установлено присутствие костей крупных животных. В.И. Мелекесцев и др. [8], изучив состав пеплов позднеплейстоценовых отложений Европейской части СССР, связали их с катастрофическим извержением в районе Фле-грейских полей

- с Малокавказских вулканов. С.И Дотдуев [2] отметил обилие костей животных в вулканогеннообломочных отложениях в районе г. Георги- евска. В.И. Муравьев [7] изучил стекла в пеплах базальтового состава из палеоценовых отложений Южного Поволжья и пришел к выводу о незначительном их удалении (первые сотни километров) от вулкана, который был расположен в сопредельном с Поволжьем регионе. В.Ю. Лаврушиным [4] описан горизонт пепла в верхнехазарских слоях Нижнего Поволжья. По геохимическому составу он считает их идентичными вулканитам Эльбруса из района р. Бийтик-Тебе. В.У. Мацапулин [6] описал в Дагестане несколько десятков проявлений пеплов в сарматских, акчагыльских, апшеронских и в четвертичных отложениях. Детальным исследованием пеплов в отложениях сармата и верх-

Рис. 2. Схема разноса пеплов из новейших вулканических построек Большого Кавказа

него меотиса Керченско-Таманского полуострова занимались Ю.В. Ростовцев и О.В. Парфенова [13]. По результатам исследований ими сделан вывод: пеплы сармата относятся к нормальному, субщелочному или умеренно щелочному петро-химическим типам: ЭЮ2 = 74-77 %, А12Ю3 = 12-14 %, сумма щелочей = 6-8 %; пеплы верхн его меотиса преимущественно субщелочного и щелочного типа: ЭЮ2 = 66-69 %, А12Ю3 = 17-19 %, сумма щелочей = 10-13 %. Источниками Керченско-Таманских пеплов являлись, по их мнению, вулканические центры Закавказья, расположенные в пределах Южной Грузии и Центрально-Армянской области.

Приведенный выше обзор публикаций по изучению отложений пеплов на территории Южного Федерального Округа и прилегающих регионов свидетельствует: о широкой их распространенности в третичных и четвертичных отложениях; разнообразии петрохимического состава пеплов; разнообразии регионов, откуда они были аэраль-но перенесены; катастрофических событиях, имевших место в прошлом в связи с эксплозивной вулканической активностью; и о полном отсутствии геохимической характеристики пеплов.

ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НОВЕЙШИХ ВУЛКАНИТОВ БОЛЬШОГО КАВКАЗА В плиоцене и четвертичное время на Большом Кавказе происходили мощные экспло-

зивные извержения. Вулканические постройки этого периода сохранились в основном в пределах Эльбрус-Чегемской вулканической области (ЭЧВО), расположенной на территории Кабардино-Балкарии, Карачаево-Черкесии и в Казбекском вулканическом районе (КВР) на территории Грузии и Южной Осетии. Кроме того, в пределах Терско-Каспийского краевого прогиба на территории Северной Осетии присутствует толща переотложенных вулканитов - свита Руах-Дзуар (РД), вопрос об источнике которых до сих пор остается остро дискуссионным.

Нами в период с 1999 по 2010 годы был собран представительный материал по новейшим вулканитам Большого Кавказа, который проанализирован методом РФА в лаборатории анализа минерального вещества ИГЕМ РАН. Полученные результаты (табл.1) рассмотрены для выявления наиболее простых и надежных петрохи-мических и геохимических критериев различия вулканитов разного возраста, присутствующих в разных районах и вулканических центрах. Сравнение вулканитов проведено по химическому составу, который отражает глубину зарождения исходного расплава и тип плавящегося кристал-лическеого субстрата. Основные по составу вулканиты известны на Большом Кавказе как в третичном, так и в четвертичном временных срезах. Принято считать, что уровень генерации основных расплавов соответсвует средней-верхней

мантии, однако вулканиты Большого Кавказа являются не первично мантийными образованиями, а продуктами их контаминации, в разной степени, коровым веществом и последующей дифференциации на глубинах не более 60-70 км [10]. Расплавы среднего и кислого составов образуются за счет плавления пород нижней и верхней континентальной коры при участи этих дифференциатов.

Базальты и андезибазальты присутствуют как в КВР, так и ЭЧВО. В КВР нами изучены третичные, вулканические потоки базальтового и ан-дезибазальтового составов, развитые в среднем течении р. Малая Лиахва на территории Южной Осетии. Для них характерны содержания: БЮ2 = 49,5-54,4 %; ТЮ = 1,5-1,7 %; К2Ю = 1,9-2,4 % и величины отношений: Ыа2Ю/К2Ю = 1,6-1,8; ИЬ/Бг = 0,02-0,05; К/ИЬ = 117-201. В ЭЧВО известны останцы плиоценовых андезибазальтов в районе гор Сурх, Крандух и плейстоценовые андезибазальты Тызыла. Андезибазальт гор Сурх, Крандух незначительно отличается по составу (БЮ2 = 56,3 %; ТЮ2 = 1,0 %; К2Ю = 1,5 %) и величинам отношений 2Иа20/К20 = 2,5; ИЬ/Бг = 0,13; К/ИЬ = 59) от аналогичых пород Малой Лиахвы, в то время как андезибазальт с Тызыла (БЮ2 = 55,9 %; ТЮ2 = 1,4 %; К2Ю = 2,6 %; величины отн о-шений Ыа20/К20 = 1,0; ИЬ/Бг = 0,06; К/ИЬ = 104) и единичные обломки андезибазальта из свиты Руах-Дзуар (БЮ2 = 55,7 %; ТЮ2 = 1,1 %; К20 =

2,5 %; величины отношений Ыа20/К20 = 1,6; ИЬ/Бг = 0,11; К/ИЬ = 72) уже практически иденти-чены им по составу. Таким образом, различия в составе вулканитов этой группы по данным РФА не существены. На общем фоне немного выделяются вулканиты Сурха, Крандуха, имеющие меньшие содержания ТЮ2, Бг и величины К/ИЬ и более высокие величины отношений Ыа20/К20, ИЬ/Бг. Для андезибазальтов ЭЧВО и свиты РД характерны более высокие концентрации 2г.

Андезиты КВР присутствуют в пределах Казбекского вулканического центра, Кельско-го вулканического района, в составе свиты РД Терско-Каспийского краевого прогиба. В ЭЧВО позднеплиоценовые андезиты участвуют в строении Верхнечегемской кальдеры. В Нижнече-гемском районе они известны в лахаровом потоке у сел. Заюково, где присутствуют совместно с обсидианами. Андезиты слагают лавовый поток моновулкана Таштюбе. Для андезитов Казбека характерны содержания БЮ2 = 58,6 %; К20 = 1,9% и величины отношений Ыа20/К20 = 2,3; ИЬ/ Бг = 0,06; для андезитов Кельского ра йона - БЮ2 = 63,0 %; К20 = 1,9 % и величины отношений! Ыа20/К20 = 2,1; ИЬ/Бг =0,13, т.е. они имеют близкие содержания К20 и немного различаются по содержанию БЮ2 и Бг. Андезиты из свиты РД характеризуются содержаниями БЮ2 = 62,4 %; К20 = 2,5 % и величинами отношений К1а20/К20 = 1,6; ИЬ/Бг = 0,15, а андезиты Верхнечегемско й кальдеры - содержаниями БЮ2 = 62,5 %; К20 = 2,4 %

и величинами отношений Ыа20/Кг0 = 1,7; ИЬ/Бг = 0,06; Нижнечегемского района - соответственно БЮ2 = 61,9 %; К20 = 3,0 % и Ыа20/К20 = 1,4; ИЬ/Бг = 0,37. Андез итам Таштюбин ского моновулкана, расположенного севернее первых двух вулканических районов, присущи содержания БЮ2 = 62,8 %; К20 = 2,6 %, величины отношений Ма20/К20 = 1,0; ИЬ/Бг = 0,25 и незначительное повыше ние содержания К20, ИЬ и уменьшение величины отношения Ма20/К20 по сравнению с андезитами вышеуказанных районов. В андезитах ЭЧВО заметно повышение концентрации 2г.

Дациты проанализированы в пределах ЭЧВО, КВР, в Кельском районе, в свите рД и в Эльбрусском вулканическом центре (ЭВЦ). Да-циты Казбека характеризуются содержаниями БЮ2 = 66,2 %; К20 = 1,9 % и величинами отношений Ма20/К20 = 2,3; ИЬ/Бг = 0,13. Дацитам Кельского района присущи концентрации БЮ2 = 65,3 %; К20 = 2,0 % и величины отношений Ыа20/ К20 = 2,1; ИЬ/Бг=0,13, дацитам свиты РД - БЮ2 = 65,5 %; К20 = 3,1 % и величины отношений! Ма20/К20 = 2,1; ИЬ/Бг = 0,13, т.е. они близки по этим па раметрам к дацитам Кельского района. Небольшие увеличения содержаний К20 и ИЬ заметны в дацитах свиты Руах-Дзуар. Дациты Сылтранской постройки (ЭВЦ) характеризуются содержаниями БЮ2 = 67,8 %; К20 = 3,59 % и величинами отношен ий Ма20/К20 = 1,0; ИЬ/Бг = 0,44, а разновозрастные дациты ЭВЦ - БЮ2 = 66,5-67,17 %; К20 = 3,3-3,5 % и величинами отношений Ма20/К20 = 1,1; ИЬ/Бг = 0,42, что уже существенно отлич ается от дацитов, развитых в Грузии, Южной и Северной Осетии. Наиболее заметны эти отличия в содержании К20, ИЬ, 2г и величинах отношений ИЬ/Бг, Ыа20/ К20 (табл.1).

Риодациты и риолиты в КВР (Южная Осетия на Кельском плато) характеризуются содержаниями БЮ2 = 69,1 %; К20 = 1,9 % и величинами отношений Ма20/К20 = 2,5; ИЬ/Бг = 0,16. Этим породам из свиты Руах-Дзуар присущи содержания БЮ2 = 68,9 %; К20 = 2,5 % и величины отношений Ма20/К20 = 2,8; ИЬ/Бг = 0,18. В ЭЧВО на Верхнечеге мско й кальдере эти породы характеризуются содержаниями БЮ2= 74 %; К20 = 4,0 %; Ма20/К20 = 0,9 и величинами отношени й ИЬ/Бг = 1,28, а в Нижнечегемском районе - БЮ2 = 75,5 %; К20 = 4,3 % и величинами отношений! Ма20/К20 = 0,9; ИЬ/Бг = 5,9, а в пределах ЭВЦ -БЮ2 = 68-69,3 %; К20 = 3,7-3,9 % и величинами отно шений Ма20/К20 = 0,95; ИЬ/Бг = 0,6-0,8. В этой группе пород, так же как и в дацитах, заметны различия в составе вулканитов Южной и Северной Осетии и Кабардино-Балкарии. Из анализа приведенных данных видно, что наиболее информативными для наших целей являются содержания К20, ИЬ и величины отношений ИЬ/Бг и Ма20/К20.

При сравнении дацитов, риодацитов и андезитов Казбека и Кельского района с аналогичными породами в свите РД, расположенной

ВЛАДИКАВКАЗСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА

Ю

И

о

н

к

К

Таблица 1

Геохимические особенности новейших вулканитов Большого Кавказа

Объект 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

К-во проб 7 3 15 14 15 14 12 1 11 10 7 5 9 5 8 9 1 7 2 10 32 46 108 115 121

ЭЮ, 49.51 54.44 63.00 65.29 69.15 58.64 66.27 55.71 61.84 65.57 68.98 56.37 55.96 62.79 75.51 61.95 74.03 62.19 67.88 69.33 68.04 66.94 67.17 66.55

ЖЬ 1.79 1.55 0.77 0.72 0.59 0.96 0.6 1.15 0.73 0.58 0.42 1.05 1.43 0.98 0.08 0.77 0.26 0.83 0.69 0.6 0.64 0.73 0.68 0.7

АЬОз 16.92 16.96 16.59 16.49 15.63 16.9 16.53 18.16 16.62 16.22 16.00 16.52 16.49 15.86 12.66 16.75 13.02 15.93 15.05 14.68 14.75 14.87 14.89 14.83

Ре203+ РеО 10.00 7.90 4.93 4.59 3.50 5.94 3.56 7.4 5.07 4.02 З.ОБ 8.08 7.84 5.32 0.99 4.98 1.68 5.14 3.74 2.95 3.19 4.57 4.03 3.74

МпО 0.17 0.14 0.13 0.11 0.07 0.11 0.07 0.11 0.08 0.07 0.05 0.11 0.14 0.1 0.04 0.06 0.03 0.08 0.06 0.07 0.07 0.07 0.07 0.12

]У^О 6.53 3.87 2.54 1.96 1.38 4.71 2.1 4.06 2.51 1.7 0.96 4.30 5.17 2.45 0.33 1.57 0.54 1.9 1.23 1.52 1.47 1.69 1.67 1.74

СаО 10.11 8.16 4.79 4.51 3.77 6.20 4.13 6.25 5.25 4.06 3.32 6.56 6.53 3.61 3.8 3.94 3.6 4.4 2.96 2.23 2.61 3.19 3.26 3.35

3.07 4.68 4.01 4.29 4.77 4.40 4.53 4.21 4.22 3.75 4.64 3.98 2.79 3.86 3.8 4.26 3.6 4.21 3.68 3.72 3.59 3.86 3.99 4.02

к2о 1.91 2.49 1.98 2.00 1.90 1.91 1.92 2.55 2.54 3.14 2.51 1.56 2.62 3.40 4.3 3.02 4 2.45 3.59 3.98 3.76 3.39 3.49 3.35

р2о5 0.72 0.53 0.17 0.16 0.14 0.31 0.21 0.48 0.36 0.29 0.17 0.24 0.54 0.36 0.02 0.23 0.41 0.45 0.22 0.14 0.22 0.23 0.53 0.22

0.02 0.01 0.06 0.02 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.05 0.02 0.02 0.02 0.02 0.05 0.02 0.06 0.04 0.03 0.02

Сумма 100.75 100.73 99.58 100.76 100.92 99.51 99.95 100.09 99.23 99.41 100.08 98.79 99.53 98.78 98.55 97.55 99.14 98.36 99.15 99.24 98.4 99.58 99.81 98.64

Сг 163 146 108 85 54 110 41 195 95 49 35 148 181 72 30 82 32 67 42 21 30 38 39 38

Со 23 22 9 10 9 19 9 26 13 10 7 25 29 11 5 13 3 26 8 5 6 20 19 9

Си 45 60 21 31 26 22 11 - 15 10 16 27 11 26 5 5 5 17 29 9 17 9 9 14

№ 125 39 23 24 17 59 24 74 25 20 16 65 145 97 5 5 55 18 13 14 17 13 15 20

Тп 82 81 59 60 54 67 52 25 47 40 45 67 70 92 29 14 33 17 75 54 55 64 63 62

РЬ 16 14 24 18 17 14 16 16 25 23 23 - 11 44 40 26 31 19 11 21 22 18 21 25

Из 34 53 64 65 68 51 61 76 78 93 84 56 54 116 260 99 172 75 138 196 180 140 146 142

Эг 1433 900 482 469 410 812 460 637 677 462 452 420 887 453 44 217 134 201 307 243 274 339 344 335

Zr 82 81 170 173 181 153 164 212 177 151 152 141 299 418 85 217 143 227 284 189 191 257 233 252

У 20 19 15 13 13 18 12 - - 21 - - 16 25 - 27 - 24 21 26 22 21 23 23

Мэ/Эт 0.02 0.05 0.13 0.13 0.16 0.06 0.13 0.11 0.11 0.20 0.18 0.13 0.06 0.25 5.9 0.45 1.28 0.37 0.44 0.8 0.65 0.41 0.42 0.42

К/Юз 117 101 65 65 59 78 67 72 70 70 64 59 104 62 35 64 48 69 55 42 43 51 50 50

№20/К20 1.6 1.8 2.0 2.1 2.5 2.3 2.3 1.65 1.66 1.19 1.84) 2. 5 1.0 1.1 0.8 1.4 0.9 1.7 1.0 0.9 0.9 1.1 1.1 1.2

Примечание:

(1-2) - Вулканиты Казбекского вулканического района и свиты Руах-Дзуар: третичные вулканиты Малой Лиахвы: 1- базальт; 2 - андезибазальт (3-5) - Кельское нагорье: 3 - андезиты, 4 - дациты, 5 - риодациты.

(6-7) - Казбек: 6 - андезиты, 7 - дациты.

(8-11) - Вулканиты свиты Руах-Дзуар: 8 - андезибазальт, 9 - андезиты, 10 - дациты, 11 - риодациты

(12-14) - Эльбрус-Чегемская вулканическая область: 12 - андезибазальты гор Сурх и Крандух, 13 - андезибазальты Тызыла, 14- андезиты Таштюбе (15,16) - Нижнечегемский район: 15 - риолиты, 16 - андезит из лахарового потока с. Заюково (17,18) - Верхнечегемская кальдера, 17 - риолиты, 18 - андезиты (19) - дациты Кыртык-Сыльтранской вулканической постройки

ГАЗЕЕВ В М. и др. ПЛИОЦЕН-ЧЕТВЕРТИЧНЫЕ ПЕПЛЫ ТЕРРИТОРИИ ЮФО... ДО

значительно севернее первых двух районов, и в Верхне- и Нижнечегемском районах выявлен слабо выраженный тренд нарастания содержаний К20, ИЬ с юга на север в сторону Скифской платформы. Однако это увеличение не столь существенно и практически не влияет на идентификацию вулканитов разных районов по предлагаемым геохимическим критериям.

ПЕПЛЫ ВУЛКАНОВ БОЛЬШОГО

КАВКАЗА В ПЛИОЦЕН-ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

Как было отмечено выше, горизонты пеплов, которые можно использовать в качестве маркирующих возрастных уровней, участвуют в строении вулканических построек и присутствуют как на непосредственно прилегающих к ним территориях, так и на значительном (сотни километров) удалении от них. По составу они варьируют от базальтов, андезибазальтов до андезитов, дацитов и риодацитов (табл. 1, 3). В КВР нами изучены пеплы андезитового состава (Бі02 =

62,5 %; К20 = 2,1 %; Ыа20/К20 = 1,4; ИЬ/Бг = 0,14; ИЬ = 74), вскрытые в карьере на правом борту р. Малая Лиахва. Видимая мощность пеплового горизонта, в котором присутствуют кости крупных млекопитающих, - более 10 м. Изучены пемзы дацитового состава (Бі02 = 67,8 %; К20 = 2,3 %; Ыа20/К20 = 1,5; ИЬ/Бг = 0,17; ИЬ = 66) из озерных отложений на Кельском плато. В пределах Терско-Каспийского краевого прогиба опробован горизонт кристалокластического туфа дацитового состава (Бі02 = 65,0 %; К20 = 2,5 %; Ыа20/К20 = 1,8; ИЬ/Бг = 0,14; ИЬ = 77) свиты Руах-Дзуар. Эти туфы имеют близкие содержания К20 = 2,1-2,5 %; ИЬ = 66-77 г/т и практически не отличаются по этим критериям от имеющихся в этих районах эффузивов. Здесь также сохраняется тренд увеличения К20 и ИЬ в направлении с юга на север.

В ЭЧВО изучены пеплы андезибазальтового состава (Бі02 = 54,7 %; К20 = 1,2 %; Ыа20/К20 = 1,8; ИЬ/Бг = 0,14; ИЬ = 63), залегающие на вулканическом останце горы Крандух, и пеплопрояв-ления в пределах ЭВЦ, которые мы рассмотрим более подробно.

Вулканическая постройка «Эльбрус» - сложное геологическое сооружение, сформированное деятельностью нескольких разновозрастных вулканов. Здесь практически всеми исследователями выделяется несколько разновозрастных уровней, образованных лавовыми потоками близкого возраста и разделенных между собой горизонтами моренных отложений или иными структурными несогласиями (размывы, денудационные поверхности, угловые несогласия и тектонические смешения). Возраст этих уровней существенно разнится при датировании различными геохронологическими методами (ЭПР-датирование по кварцу, С14; К-Аг; Аг-Аг, и-РЬ БИІМР- цирконометрия). В районе Эльбруса из-

вестны горизонты пемз и пеплов, находящихся в разрезах вулканической постройки, и их разрозненные линзовидные тела, залегающие на поверхности лавовых потоков и на разновозрастных речных террасах вблизи ЭВЦ. В разрезах вулканической постройки присутствует горизонт пепла риодацитового состава

в вулканической толще верхнего эоплейстоце-на. Обнажается он в истоках рек Бийтик-тебе и Уллу-Хурзук. Кроме того, известен горизонт пепла андезитового состава в толще нижнесредне-неоплейстоценового возраста (БЮ2 = 63,3 %; К20 = 3,1 %; Ыа20/К20 =0,8; РЬ/Бг = 0,6; РЬ = 218), обнажающийся в истоках реки Уллукам. Горизонт пемзовидных туфолав верхненеоплейстоцен-голоценового возраста залегает в основании восточной вершины Эльбруса (БЮ2 = 66,8 %; К20 = 3,75 %; Ыа20/К20 = 1,1; РЬ/Бг = 0,4; Рэ = 149). Реликты пепловы х толщ вблизи вулканической постройки известны в истоках р. Кызылкол (БЮ2 = 65,4 %; К20 = 3,66 %; Ыа20/К20 = 1,0; РЬ/ Бг = 0,3; РЬ = 153, на высокой террасе (02?) реки Шаукол (БЮ2 = 2,6 %; К20 = 3,74 %; Ыа20/К20 = 1,0; РЬ/Бг = 0,4; РЬ = 114), в долине р. Худес (БЮ2= 59,9 %; К20 = 3,5 %; Ыа20/К20 = 0,9; РЬ/ Бг = 0,3; РЬ = 124) и в долине р. Баксан ниже р. Перикол-су (БЮ2 = 64,4 %; К20 = 3,9 %; Ыа20/К20 = 0,6; РЬ/Бг = 0,85; РЬ = 193). За исключением ту-фопесчаников г. Крандух, пеплы ЭЧВО заметно отличаются от пеплов, встреченных на территории Южной и Северной Осетии, по содержанию К20 = 3,6-4,0 %; РЬ = 153-218 г/т.

Для сравнения с описанными пеплами КВР и ЭЧВО нами были изучены пеплы из разных районов Южного федерального округа (табл. 2). Пепел из разреза третьей террасы на правом берегу р. Кубань у станицы Темиржбекской в 285 км от Эльбруса (БЮ2 = 63,8 %; К20 = 3,1 %; Ыа20/ К20 = 1,0; РЬ/Бг = 0,4; РЬ = 148) близок по составу к пеплу из долин рек Шаукол, Худес, Подку-мок и пеплу нижне- средненеоплейстоценового возраста из разреза вулканической постройки Эльбруса. Пепел из района Отказненского водохранилища (БЮ2 =52,6 %; К20 = 1,2 %; Ыа20/ К20 = 3,2; РЬ/Бг = 0,8; РЬ = 73) идентичен п е-пл ам из разреза вулканитов горы Крандух, расположенной южнее водохранилища на 55-60 км. По данным В.И. Мелекесцева [9], этот пепел незначительно кислее (БЮ2 = 60,6 %; К20 = 1,4 %; Ыа20/К20 = 3,2) и предположительно связан с вулканом Казбек, однако пока в КВР пепел с такими параметрами геохимических критериев не обнаружен. Пепел из верхнехазарских отложений Нижней Волги (БЮ2 = 68,0 %; К20 = 4,1 %; Ыа20/К20 = 0,7; РЬ/Бг = 0,8; РЬ = 135) близок пеплам из верхнеэоплейстоценовой части разреза вулканической постройки Эльбруса, с которыми его сопоставляют [4,9], но он незначительно отличается от них по Ыа20/ К20 и РЬ. Пеплы в Дагестане опробованы в долине р. Халагори

Таблица 2

Геохимические особенности пемз, пеплов и туфов в составе вулканических построек

Объекты 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

К-во проб 3 2 1 1 4 1 1 2 3 1 1

БЮ2 67.85 62.40 65.08 54.75 68.48 63.3 62.6 65.39 66.8 64.4 59.9

ТІ02 0.43 0.84 0.57 1.18 0.57 0.7 0.8 0.75 0.67 0.65 1.05

Л120з 14.13 17.53 17.87 15.22 14.61 15.75 15.6 15.72 14.96 16.85 15.8

Ре203+Ре0 3.10 5.59 4.24 8.94 2.37 2.49 2.86 3.22 3.59 2.65 4.89

МпО 0.06 0.12 0.07 0.122 0.04 0.06 0.06 0.07 0.05 0.04 0.057

МдО 0.66 2.12 1.36 3.72 1.18 1.08 1.45 1.27 1.24 0.7 1.88

СаО 3.64 5.98 3.92 6.23 2.51 2.55 3.09 2.58 3.49 1.63 3.55

Ыа20 3.49 2.98 4.61 2.24 4.02 2.6 3.85 3.76 4.12 2.28 3.21

к2о 2.3 2.1 2.54 1.25 4.04 3.13 3.74 3.66 3.75 3.93 3.56

Р205 0.12 0.24 0.26 0.12 0.16 0.23 0.27 0.24 0.22 0.05 0.45

Б 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.1 0.1 0.11 0.01 0.1 0.1

ппп 3.81 - - - 0.11 3.64 1 0.75 0.20 1.02 0.61

Сумма 99.61 99.92 100.3 93.81 98.1 95.63 95.42 97.52 99.1 94.3 95.05

Сг 29 77 37 170 27 18.7 32 27 24 827 49

Со 5 12 12 29 6 6.3 7.8 7 7 10.2 8.9

Си 10 15 26 21 15 - 34 - 9 20 16

№ 5 28 21 75 16 - - - 32 - -

7п 43 71 70 76 49 49 65 61 67 160 81

РЬ 17 20 30 15 15 - 84 - 18 65 30

ЯЬ 66 74 77 63 192 218 141 153 149 193 124

Бг 375 503 548 402 270 332 311 517 332 233 426

гг 187 71.5 176 138 187 - 222 - 196 214 331

У 15 14.5 - 23 23 - 3 - 10 21 23

ЯЬ/Бг 0.17 0.14 0.14 0.15 0.71 0.65 0.45 0.29 0.44 0.82 0.29

К/ЯЬ 72 59 70 42 31 30 55 50 53 42 60

Ыа20/К20 1.5 1.4 1.8 1.8 1 0.8 1 1 1.1 0.6 0.9

Примечание:

1 - Южная Осетия, пемзы с Кельского вулканического плато, подножье вулкана Кели

2 - Южная Осетия, пепел из карьера в правом борту р. Малая Лиахва

3 - Северная Осетия, горизонт кристалокластического туфа, свита Руах-Дзуар

4 - Кабардино-Балкария, горизонт пепла на вершине вулканического останца г. Крандух 5-9 - вулкан Эльбрус: 5 - пеплы маркирующего горизонта второй толщи; 6 - горизонт туфов третьей толщи в верховьях р. Уллукам; 7 - реликты пепловой толщи на высокой террасе реки Шаукол (01?); 8 - реликты пепловой толщи на реке Кызылкол; 9 - горизонт туфолав и пеплов в основании восточной вершины Эльбруса

10 - долина р. Баксан, карьер в правом борту р. Перикол-су

11 - реликты пепловой толщи р. Худес

у шоссейной дороги Буйнакск - Леваши и на северо-западной окраине города Буйнакска в долине р. Эрпели-Азень. Пепел из долины Эрпели-Азень, сложенный вулканическим стеклом с ксенокристами плагиоклаза (олигоклаз-андезин), биотита и реже ромбического пироксена, по своему химическому составу (Бі02 = 63,4 %; К20 = 2,9 %; Ыаг0/Кг0 = 1,0; РЬ/Бг = 0,4; РЬ = 145) идентичен пеплам с третьей террасы р. Кубань у станицы Темиржбекской.

Пепел из долины р. Халагори, состоящий из вулканического стекла с ксенокристами основного плагиоклаза, ромбического пироксена и роговой обманки, по составу и геохимическим критериям (Бі0г = 51,9 %; Кг0 = 0,85 %; Ыаг0/

Кг0 = 2,7; РЬ/Бг = 0,2; РЬ = (52) похож на пепел из района Отказненского водохранилища и сопоставим с пеплом г. Крандух.

—ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В плиоцен-чет-вертичное время на Большом Кавказе происходили мощные вулканические извержения, в том числе и эксплозивные. Основные вулканические центры расположены на территории Кабардино-Балкарии (ЭЧВО) и юго-восточнее на территории Грузии, Южной Осетии (КВР) и Северной Осетии - свита Руах-Дзуар (СРД). Преобладающими породами в КВР и СРД являются нормально и низкощелочные андезиты, дациты и плагиорио-дациты. Вулканиты ЭЧВО представлены преимущественно нормально и умеренно щелочными риолитами-трахириолитами, кварцевыми латита-ми, дацитами и рио-дацитами. Сравнение пород среднего и кислого составов из ЭЧВО, КВР и СРД по содержанию в них К2О и РЬ позволило выявить устойчивые отличия. Так, в породах КВР К2О < 2,5 %, РЬ < 68 г/т (от 34 до 68 г/т), в СРД - К2О < 3,14 %, РЬ < 93 г/т (от 76 до 93 г/т) в ЭЧВО К2О > 3,49 %, РЬ > 110 г/т (от 110 до 260 г/т). В то же время для пород основного состава из разных районов подобные устойчивые отличия (на уровне данных анализов, полученных методом РФА) не установлены. Очевидно, что для более кислых расплавов они обусловлены особенностями состава земной коры (наличие гранитоидов в метаморфическом фундаменте, поскольку основным минералом-носителем РЬ является микроклин), где формировались глубинные магматические очаги и приповерхностные камеры. Вулканиты КВР приурочены к структурноформационной зоне (СФЗ) Южного склона Большого Кавказа, субстрат которой сложен мезозойскими осадками Тетиса, вулканиты СРД находятся в Терско-Каспийском краевом прогибе,

а вулканиты ЭЧВО расположены на южной границе Скифской плиты, в строении фундамента которой существенную роль играют гранитнометаморфические образования палеозоя.

Используя «К-РЬ-критерий и величины РЬ/

Эг; Ыа^/^О-отношений», сравнивались горизонты пеплов, обнажающиеся в КВР ЭЧВО и СРД. Пе-плы, распространенные в пределах ЭЧВО, имеют андезидацитовый, даци-товый и риодацитовый составы. Содержание К2О в них варьирует от 3,59 до 3,91 %, тэ - от 153 до 200 г/т. Пеплы и пемзы КВР и РД имеют андезитовый и дацитовый составы с характерными величинами К2О = 2,1-2,5 %; РЬ =

66-77 г/т и несут все отличительные признаки, характерные для вулканитов рассматриваемых районов.

Сравнение пеплов, залегающих в разрезах вулканических построек, с пеплами, расположенными как на небольшом, так и на значительном (сотни км) удалении от них в пределах Южного федерального округа, показало:

1. Большинство линз и горизонтов пеплов дальнего разноса вполне сопоставимы со своими аналогами, залегающими в разрезах вулканов.

2. Существуют линзы пепла, появление которых, по-видимому, следует объяснять существованием пока неизвестных вулканов или захороненных под более молодыми осадками мест трещинных эксплозивных извержений.

3. В некоторых случаях результаты возрастных датировок пеплов, близких по составу, но взятых в разных районах, существенно различается. Для объяснения таких кажущихся парадоксов следует более детально изучить сами пеплы и провести их датирование другими, более надежными методами.

4. Пепел андезибазальтового состава из разреза горы Крандух близок по составу к пеплам из района Отказненского водохранилища и к пеплам из долины р. Халагори (Дагестан). Пепел андезитового состава известен в разрезе вулканической постройки ЭВЦ в истоках р. Уллукам. Его анало-

Таблица3

Геохимические особенности пеплов Южного Федерального Округа

Объект 1 2 3 4 5 6 7

К-во проб 2 2 1 1 2 1 9

SiO2 51.92 63.46 68.08 52.6 63.8 60.45 60.27

^2 0.45 0.73 0.38 0.68 0.64 0.5 0.53

Al2Oз 22.77 13.3 13.26 16.8 14.83 18.49 18.88

Fe2O3+FeO 2.91 4.24 2.34 4.44 3 3.8 3.99

MnO 0.08 0.07 0.06 0.05 0.05 0.07 0.31

MgO 2.59 1.56 1.08 2.56 0.06 2.36 0.6

CaO 1.52 4.48 1.49 4.5 2.7 6.17 2.86

2.33 3.02 2.85 3.79 3.13 3.76 4.68

0.85 2.87 4.12 1.19 3.12 2.45 6.47

P2O5 0.85 2.87 4.12 1.19 3.12 2.45 6.47

S 0.11 0.19 0.11 0.16 0.22 0.3 0.1

ППП 13.69 5.58 6.05 6.98 3.59 1.95

Сумма 99.22 99.5 99.82 93.75 95.14 100.3 98.69

& 16 34 5 40 15

5 8 66 9 6

10 10 18 16 11

№ 5 5 - - 21

Zn 60 49 66 - 56

Pb 67 25 31 15 21

Rb 62 145 135 73 148

Sr 284 328 163 431 358

Zr 232 221 118 132 140

Y 23 18 12 12 14

Rb/Sr 0.21 0.44 0.82 0.16 0.41

ЮИэ 30 41 65 35 45

Na2O/K2O 2.7 1 0.7 3.2 1.0 1.5 0.7

Примечание:

1 - пепел из долины р. Халагори

2 - пепел из долины Эрпели- Азень

3 - пепел из верхнехазарских отложений Нижней Волги [4]

4 - пепел из района Отказненского водохранилища

5 - пепел из района станицы Темижбекской

6 - пепел из долины Подкумка [1]

7 - пеплы эксплозивных извержений позднего плейстоцена на территории Восточной и Южной Европы [9]

гами, по мере удаления от вулкана, можно считать пеплы из долин рек Шаукол (СФЗ Передового хребта, Кабардино- Балкария), Худес (СФЗ Передового хребта, Карачаево-Черкесия), Подку-мок и Кубань (Лабино-Малкинская зона, Ставра-польский край) и Эрпели-Озень (Дагестан).

5. Базальты и андезибазальты гор Сурх и Крандух незначительно отличаются по составу от остальных основных пород рассмотренного региона. В.С. Попов [10] считает, что это обусловлено их приуроченностью к зоне глубинного Пшекиш-Тырныаузского разлома. Если пеплы Отказненского водохранилища, находящиеся на расстоянии 55-60 от горы Крандух, вполне могут быть родом из этого района, то появление пеплов в долине Халагори из-за их удаленности трудно объяснить эксплозивными извержениями вулкана в районе г. Крандух или Казбека. По расчетам В.И. Муравьева [7], пеплы основного состава обычно удалены от вулкана на расстояние не более первых сотен километров. Поэтому

нам представляется более логичным допустить наличие неизвестных вулканов (возможно, трещинного типа), которые в настоящее время находятся в погреоенном состоянии в пределах Терско-Каспийского краевого прогиба. В пользу такого предположения косвенно свидетельствует выявленный тренд повышения содержания кр, Rb в вулканитах в направлении от КВР к СРД (с юга на север) и появление в составе СРД горизонтов кристаллокластических туфов.

6. Пепел риодацитового состава в разрезах ЭВЦ сохранился в толще, возраст которой, по геоморфологическим построениям Н.И. Короно-воского, оценивается как Q3. Близкие значения получены и по данным ЭПР-датирования пород по породообразующему кварцу. Существенно более древние возраста для пород этой толщи получены при К-Аг-датировании подстилающих их игнимбритов - 810 тыс. лет. [5] и Аг-Аг-датировании экструзии, прорывающей данную толщу, - 620 тыс. лет. К-Аг возраст вулканитов, залегающих на морене, перекрывающей горизонт пеплов, равен 245 тыс. лет. Считается [4, 8], что аналог данного горизонта известен в верхнехазарских отложениях Нижнего Поволжья. Однозначных датировок верхнехазарских отложений Нижнего Поволжья нет, так как полученные разными методами возрастные датировки существенно различаются между собой [91-122 тыс. лет (Th-U); 84-139; 22-45 тыс. лет

47

(С14)]. Для верхнехазарских отложений у селения Владимировка, где описаны пеплы, получ-сена цифра 122+ 13 тыс. лет назад (230Тг/234и). Все приведенные датировки свидетельствуют о верхнеплейстоценовом возрасте этих отложений. Очевидно, что либо в районе Эльбруса должны существовать еще не известные пеплы более молодого возраста с петрохимическими характеристиками, близкими пеплам из второй толщи, либо имеются методические проблемы возрастного датирования новейших вулканитов К-Аг-методом. Однако рассмотрение этих вопросов выходит за рамки обозначенного исследования, но мы считаем, что следует провести более детальные геохимические исследования пеплов методами 1ЫАА и электронной микроскопии для изучения: составов стекол; составов и зональности минералов, встречающихся в этих стеклах. Без проведения дополнительных исследований по данной проблематике остается много места для субъективных построений, не отвечающих геологическим реалиям.

7. Изучение плиоцен-четвертичных пеплов Южного Федерального округа - вполне назревшая геологическая задача, которая ждет своих исследователей уже много десятилетий.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы Президиума РАН № 4, Направление 2, проект 2.1; Направление 3, Проект 3.5; и гранта РФФИ № 09-05-90360.

ЛИТЕРАТУРА

1. Боганик Н.С. К познанию четвертичных образований Восточного Предкавказья. // Труды МГРИ. 1948. Т. ХХІІІ. С. 107-125.

2. Дотдуев С.И., Лебедева Н.А. О вулканогеннообломочных отложениях района города Георгиевска и возрасте липаритовых туфов и игнимбритов Центрального Кавказа // Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода.1981. № 51. С 154-159.

3. Карлов Н.Н. К истории изучения вулканических пеплов европейской части СССР. // Бюллетень М. О-ва исп. природы. отд геологии. т ХХХІІ(2). 1957. С 25-47.

4. Лаврушин В.Ю., Лаврушин Ю.А., Антипов М.П. Первая находка вулканического пепла в четвертичных отложениях нижнего Поволжья. // Литология и полезные ископаемые. 1998. № 2. С. 207-218.

5. Лебедев В.А., Сахно В.Г., Якушев А.И. Общая продолжительность и пространственная миграция четвертичного вулканизма в Приэльбрусье (Большой Кавказ) // ДАН. 2010, том 430. № 2. С. 232-238.

6. Мацапулин В.У., Юсупов А.Р. Вулканические пеплы в Дагестане - экологические предвестники в области геодинамики, геоморфологии и поиска полезных ископаемых. // Юг России, экология, развитие. Махачкала. № 2. 2007. С. 98-104.

7. Муравьев В.И., Цеховская Ю.Г., Ахлестина Е.Ф., Бабушкин Д.А., Каледа К.Г. Вулканические пеплы базальтового состава из плиоценовых отложений Южного Поволжья //Литология и полезные ископаемые . 1997. № 3. С. 327-330.

8. Мелекесцев И.В., Егорова И.А., Лупакина Е.Г. Катастрофическое извержение в районе Флегрейских полей (Италия) - возможный источник вулканического пепла в позднеплейстоценовых отложениях Европейской части СССР. // Вулканология и сейсмология . 1984. № 3 С. 3-11.

9. Мелекесцев И.В., Гурбанов А.Г., Кирьянов В.Ю.,

Черных В.И., Сулержицкий Л.Д., Зарецкая Н.Е. Вулканические пеплы эксплозивных извержений позднего плейстоцена на территории Восточной и Южной Европы // Катастрофические процессы и их влияние на природную среду. - М.: Изд. «Региональная общественная организация ученых по проблемам прикладной геофизики». 2002. С 65-86.

10. Попов В.С., Семина Ю.С., Николаенко Ю.С. Геохимия новейших вулканитов Кавказа и их происхождение. // Геохимия континентального вулканизма. - М.: Наука, 1987. С 143-225.

11. Православцев П.А., Аншелес О.М. Вулканический пепел из лессовидных суглинков правого побережья р. Кубани около станицы Темиржбекской. // Тр. Ленинградского о-ва естествоиспытателей. 1930. Т.54. вып. 1. С. 72-78.

12. Природные процессы на территории Кабардино-Балкарии (гл. редактор Н.П. Лаверов). - М.: ИГЕМ РАН, 2004. 438 с.

13. Ремизов И.Н., Ковалев Н.В., Борисенко А.Ю. Четвертичные вулканические пеплы левобережной Украины. // Вулканизм и формирование местрождений в Альпийской зоне (Карпаты. Крым. Кавказ). - Новосибирск: Наука, 1973. С. 11-14.

14. Ростовцев Ю.В., Парфенова О.В. Средневерхнемиоценовые вулканические пеплы Керченско-Таманского полуострова // Литология и полезные ископаемые. 2006. № 5. С. 494-504.

15. Саянов В.С., Рошка В.Х. Перес Ф.С. Опыт сопоставления миоценовых разрезов северной части Молдавской ССР по прослоям вулканогенных пород. // Изв. АН Молдавской ССР. № 4. 1962. С. 18-29.

16. Схиртладзе Н.И. О применении вулканических пеплов для датировки вулканических образований // Вопросы геологии Гоузии / К ХХ11 сессии МГК. - Тбилиси: Мецниереба. 1964. С. 207-214.