На севере центральной части о-ва Западный Шпицберген известны постройки современных вулканов, приуроченных к зоне Брейбогенского глубинного разлома, разделяющего выходы пород нижнепротерозойского фундамента и пород девонского орогенного комплекса (рис. 1). Вопрос о возрасте проявлений четвертичного вулканизма в районе Бокк- и Вуд-фьордов неоднократно обсуждался в печати. Д.В. Семевский, опираясь на наличие обломочного вулканогенного материала в осадках голоценовых морских террас, определил возраст вулкана Сверре как 4 000-6 000 лет [Семевский, 1965]. Позднее К-Ar датирование показало, что эти вулканогенные образования моложе 1 млн. лет [Буров, Загрузина, 1976]. И, наконец, некоторые зарубежные авторы указывали на возрастной диапазон 100 000-270 000 л.н. [Skjelkvale et al., 1989].

Появившиеся в последнее время новые данные, в том числе и радиоуглеродные датировки, а также наши геолого-геоморфологические наблюдения в период полевых работ 1994-1995 гг. позволили выдвинуть новую версию о возрасте четвертичных вулканов.

Геоморфологическое обоснование возраста вулканизма

Четвертичные вулканические формы рельефа в районе представлены вулканом Сверре и отпрепарированными процессами денудации некками Халвданпигген и Сигурд (рис. 1).

Лучше других сохранился вулкан Сверре, расположенный на западном побережье Бокк-фьорда (рис. 2). Это отдельно стоящая конусовидная возвышенность высотой 506 м и 3 км в поперечнике. Вершина округлая, с четырьмя изометрично расходящимися уплощенными гребнями. На склонах прослеживаются отдельные выходы лавовых потоков, которые в северной части вулкана имеют форму гряд с округлыми гребневыми линиями и крутыми склонами. Длина гряд до 180 м, ширина 10-20 м. Все склоны, за исключением разрозненных выходов коренных пород, покрыты обломочным туфолавовым материалом с эрратическими валунами гранито-гнейсов. Крутизна склонов варьирует от 12 до 35°. Наиболее крутые - привершинные части восточного и северного склонов (30-35°).

Вулкан находится в сложной троговой долине Карлсбреен - Бокк-фьорд, образованной двумя вложенными трогами и имеет асимметричный профиль. На западном, более пологом склоне трога прослеживаются ступени, расположенные на высотах 100-350 и 250-400 м. Эти ступени выработаны в метаморфических породах и являются фрагментами днища наиболее древнего трога. Восточный борт долины крутой, сложен красноцветными породами девона. Здесь отмечены крутостенные треугольные фасетки - выступы коренных пород, впоследствии срезанные ледниками. Процессы денудации в голоцене не изменили их морфологический облик и крутизну склонов (42-55°).

Конус вулкана «протыкает» ступень на склоне г. Виллиамстарнет, которая во время днепровско-московского (заале, рисс, самаровско-тазовское) оледенения была днищем наиболее древнего трога. Во время поздневалдайского (поздний вейхселиан, вюрм III, сартанское) оледенения ступень служила плечом более молодого, вложенного трога, днищем которого является дно долины Карлсбреен - Бокк-фьорд. С южной и западной сторон вулкан окружают валунно-глыбовые развалы верхневалдайской морены, с севера протягиваются боковые голоценовые моренные гряды ледника Адольфа, а у восточного подножия расположен комплекс морских террас (Q_III-IV) высотой до 35 м.

Максимальным оледенением в районе являлось, по-видимому, днепровско-московское. В это время район был почти полностью скрыт льдом, за исключением отдельных нунатаков, приуроченных к наиболее высоким вершинам. Трудно представить, что ледник, выпахавший себе днище в плотных метаморфических породах (мрамор, кристаллические сланцы, мигматизированные гнейсы) протерозоя и срезавший «шпоры» девонских пород на восточном борту долины, придал сглаженные черты конусу вулкана, как утверждают некоторые зарубежные авторы [Skjelkvale et al., 1989].

Это же касается и поздневалдайского оледенения, максимум которого в районе достигал 18 000-20 000 лет назад [Salvigsen & Osterholm, 1982]. Боковая граница ледника определена по валунно-глыбовым, уступообразным бордюрам, трассирующим край ледника (рис. 2), реликтовым циркам на восточном борту долины, моренному чехлу на плече трога. В районе горы Сверре она располагалась на высоте 350-400 м (напомним, что высота вулкана 506 м). По направлению к области питания (к югу) она повышалась, а к области расхода понижалась - до 65 м и менее на равнине Рейнсдюрфлюа. Направление ледниковой штриховки указывает, что ледник двигался к северу, вдоль осевой линии фьорда. Таким образом, если бы вулкан существовал в это время, то он должен был попасть под воздействие мощнейшей экзарации, которая привела бы, в лучшем случае, к его трансформации до степени отпрепарированного некка, как это можно наблюдать в случаях с бывшими вулканами Халвданпигген и Сигурд.

Косвенным доказательством интенсивности экзарации в пределах вулкана Сверре может служить следующий факт. На северо-восточном склоне вулкана расположен кратер, в настоящее время интенсивно денудированный (рис. 2). В Малом ледниковом периоде (XIV-XVIII вв.) [Троицкий и др., 1975] он был занят каровым ледником. В настоящее время это водосборная воронка, служащая областью питания ручья Вулканбеккен. Экзарация и водная эрозия сильно изменили кар, почти полностью уничтожив его северный склон. Внутри воронки этими процессами обнажены лавовые потоки и столбы, пространство между которыми занято «живыми» осыпными массами обломочного туфолавового материала. А ведь область распространения и мощность ледников в Малом ледниковом периоде не идут ни в какое сравнение с максимумом поздневалдайского оледенения и, тем более, с размерами днепровско-московского.

Как уже было отмечено выше, к северу от вулкана расположена боковая морена ледника Адольфа. Она является более молодой (позднеголоценовой). Материал преимущественно грубообломочный, представлен блоками, валунами, щебнем мраморов (коренные выходы которых отмечены непосредственно в моренной гряде), песчаников, гранито-гнейсов в смеси с суглинками и песками. Боковая морена постепенно переходит в конечную, состоящую из трех валов высотой до 60 м. Здесь, среди обломочного материала, встречаются многочисленные обломки черных базальтов. Эта морена перекрывает более древнюю (поздневалдайскую), распространенную к западу и югу от вулкана. Поздневалдайская морена сложена валунами и глыбами гранито-гнейсов, коренные выходы которых отмечены в пяти километрах южнее и западнее вулкана. Мелкоземистый заполнитель здесь практически отсутствует. Валуны и глыбы гранито-гнейсов отмечены и на склонах вулкана Сверре. Особенно большой концентрации они достигают на западном и южном склонах. На некоторых валунах присутствует черная лавовая корочка. Кроме этого, на южном отроге и у подножия конечноморенного вала ледника Адольфа нами обнаружены в коренных выходах базальтов валуны гранито-гнейсов, вскрытые процессом криогенного выветривания. Здесь же находятся валуны, форма которых в точности соответствует углублениям в лавах. Эти факты свидетельствуют о том, что изливавшаяся лава захватывала уже отложенный моренный материал. Таким образом, извержение происходило после отложения донной поздневалдайской морены. Обращает на себя внимание отсутствие суглинистого заполнителя в донной морене, причем это характерно только для участков, непосредственно причлененных к вулкану. По-видимому, это связано с бурными потоками талых ледниковых вод, вымывших мелкозем после (или во время) извержения вулкана, что подчеркивается такими формами микрорельефа, как «каменные острова».

Распределение вулканогенного материала в разрезах четвертичных осадков непосредственно связано с процессами транспорта и аккумуляции отложений на заключительных этапах неоплейстоцена и в голоцене. Наибольшей концентрации вулканогенные минералы достигают в разрезах у подножия вулкана Сверре, поэтому мы остановимся на одном из них подробнее.

На неширокой приморской равнине, с востока причлененной к вулкану, нами прослежены террасы следующих уровней: 1-3 м, 6-8 м, 10-13 м, 18-22 м, 25 м, 32-35 м (рис. 2). Строение террас достаточно однообразное, поэтому в качестве примера мы приведем описание отложений, слагающих террасу уровня 10-13 м.

Разрез представлен тремя пачками.

1. Красно-коричневые мелкозернистые пески с включением гравия, гальки и остроугольных обломков базальтов. Вулканогенные породы составляют 90% от объема породы. Мощность - 0,3 м.

2. Черные гравийники (состоящие на 90% из туфолавового материала) с разнозернистым песчаным заполнителем, в составе которого отмечены зерна оливина. В подошве пачки - крупные гальки и отдельные валуны гранито-гнейсов и базальтоидов. Мощность - 0,6 м.

3. Розовато-серые мелкозернистые, хорошо сортированные пески. К подошве увеличивается содержание дресвы и щебня базальтов с розоватой корочкой. В пачке содержатся обломки раковин Муа truncata. Радиоуглеродное датирование по этим фрагментам показало возраст 10 070 ± 95лет. Мощность - 0,4 м.

Ниже идет цоколь, сложенный коренными базальтами, высотой 4,5 м.

Обращает на себя внимание пачка 2. Она прослежена на разных уровнях до высоты 50 м. Мощность ее варьирует от 0,2 до 2,0 м, однако состав материала неизменен - преобладает гравийный туфолавовый материал. Слои подобных гравийников отмечены и на восточном побережье Бокк-фьорда. Накопление этой толщи в вышеназванных разрезах происходило в предголоценовое время (молодой дриас), так как этот период в Бокк-фьорде был периодом дегляциации [Salvigsen & Osterholm, 1982].

Таким образом, интенсивный привнос вулканогенного материала от вулкана Сверре осуществлялся в предголоценовое - раннеголоценовое время. Вулканический конус образовался после ледникового поздневалдайского максимума, но до формирования террасы уровня 10-13 м.

Извержения вулкана Сверре происходило неоднократно: наиболее поздние - в среднем голоцене. На это указывает расположение травертиновых террас, образованных гидротермальными источниками. Например, террасы, образованные источниками Тролль, находятся в диапазоне высот 10-25 м. С востока с ними граничит серия морских террас, окаймляющих моренный комплекс ледника Карла. По нашим данным, абсолютный возраст террасы уровня 18-20 м (установлен методом радиоуглеродного датирования по раковине Mytilus edulis) - 6 255 ± 45 лет. Если бы травертиновые террасы были созданы во время или до образования этого уровня, то они, несомненно, были бы уничтожены волноприбойными процессами, так как это достаточно хрупкие образования. Таким образом, одно из последних проявлений вулканизма имело место после вышеуказанной даты.

Геологическое обоснование возраста вулканизма

Четвертичные осадки, изученные нами в исследуемом районе, относятся к двум возрастным подразделениям. Это верхненеоплейстоценовые (ледниковые, дельтовые и морские) и голоценовые (морские и дельтовые) отложения. Они представлены (в различных соотношениях) валунными суглинками, галечниками, гравийниками, песками, алевритами и глинами.

Шлиховое опробование четвертичных разрезов ставилось с целью определения степени распространения в них минералов, генетически связанных с четвертичными вулканогенными образованиями, чтобы в конечном итоге, зная возраст четвертичных отложений, попытаться определить возраст вулканизма или фаз его активизации. При этом надо было решить три задачи.

1. Из общего набора минералов, представленных в шлихе, выделить те, которые полностью или большей своей частью являются вулканогенным материалом.

2. Определить степень рассеивания этих минералов по изученной площади.

3. Изучить распределение этих минералов по конкретным разрезам и возрастным горизонтам.

Минералогический анализ шлихов показал, что ведущими минералами в каждой пробе являются, чаще всего, представители того геологического комплекса, в поле развития которого находится тот или иной опробованный разрез четвертичных осадков. При этом минералы, которые можно было бы рассматривать как вулканогенные, образуют зачастую небольшие концентрации и играют в пробе второстепенную роль.

Для того, чтобы разбраковать минералы и с большей вероятностью выделить среди них представителей вулканогенного комплекса, мы изучили минеральный состав всех геологических комплексов, развитых в данном районе, при этом использовались как собственные материалы, так и материалы предшественников.

Как видно из таблицы, многие минералы, слагающие базальтоиды четвертичных вулканов, встречаются также и в породах других комплексов. Тем не менее, в группу рабочих минералов мы отобрали оливин и пироксены, как основные породообразующие минералы базальтоидов, способные указать на возможное присутствие в четвертичных осадках вулканогенного материала; хромит, бурую роговую обманку и черную шпинель, являющиеся индикаторами этого материала, а также ильменит и магнетит в качестве вспомогательных минералов.

Анализ шлихов показал, что количество вулканогенного материала в породах из разных разрезов неодинаково и зависит прежде всего от удаления данного разреза от предполагаемого источника сноса. Так, в разрезе на западном берегу Бокк-фьорда, в непосредственной близости от вулкана Сверре, общее количество рабочих минералов колеблется от 186 до 412 г/т, составляя в среднем 265 г/т. В разрезе, изученном в районе мыса Кап Кьелдсен, среднее содержание этих же минералов составляет 68 г/т (от 3 до 105 г/т), а в разрезе из района Якобсен-бухты - 0,7 г/т (от 0,1 до 2,1 г/т). На рис. 3 представлена зависимость количества минералов в пробах от удаления от источников сноса. Единственное исключение - разрез в устье Кратерэльвы (западный берег Вуд-фьорда), находящийся в относительной близости от вулкана Халвданпигген. Пробы из этого разреза содержат не более 1-3% минералов рабочей группы.

Второй особенностью этого графика является то обстоятельство, что данная зависимость проявляется только для разрезов, расположенных к северу от вулканов. Так, разрезы в районе ледника Карла, представленные морскими и дельтовыми отложениями, такую зависимость проявляют по отношению к вулкану Сигурд, отстоящего от них к югу, хотя, в то же время, морские осадки в этом районе накапливались и за счет вулкана Сверре. Таким образом, минеральный состав осадков подтверждает, что в поздненеоплейстоценовое время и позднее преимущественный снос на изученной площади шел с юга на север. Верхненеоплейстоценовые отложения описаны и опробованы нами в разрезах в районе вулкана Сверре, мыса Кап Кьелдсен, п-ова Германия и Якобсен-бухты (рис. 1).

Наиболее древними осадками, где выявлены вулканогенные минералы, являются валунные суглинки, слагающие цоколь террасы высотой 27 м в Якобсен-бухте. Радиоуглеродный возраст обломков раковин в этой пачке - 32 440 ± 360 лет. Аккумуляция этих осадков произошла во время поздневалдайского оледенения, когда внешний край ледников находился за пределами Вуд-фьорда. В это время ледник, располагавшийся в долине Халвландален, являлся притоком более крупного, двигавшегося по Вуд-фьорду к северу. По-видимому, вулканогенный материал переносился от вулкана Халвданпигген к Якобсен-бухте ледниковым путем. Ледниковые осадки этого возраста характеризуются ассоциациями, соответствующими тому типу пород, в пределах которых они формировались. Из вулканогенных минералов наиболее часто встречаются (до 5%) хромит, черная шпинель (Якобсен-бухта), пироксен (п-ов Германия), оливин (Кап Кьелдсен), а также ильменит и магнетит.

В целом можно утверждать, что для отложений этого возраста и генезиса характерна ассоциация вулканогенных минералов, включающая пироксен, ильменит и хромит; оливин встречается в меньших количествах, а черная шпинель - еще реже.

Осадки дельтового генезиса, датируемые поздним неоплейстоценом, перекрывают ледниковые отложения на мысе Кап Кьелдсен и подстилают морскую пачку, имеющую радиоуглеродную датировку 10 000 ± 70 л.н. [Bruckner & Halfar, 1994]. Они представлены косослоистыми песками и гравийниками с прослоями галечников. По направлению косой слоистости было определено, что снос материала шел с юго-востока, со стороны п-ова Кронпринцхегда. Для проб, отобранных здесь, характерна шпинель-гранат-оливиновая ассоциация, что говорит о преобладании в отложениях вулканогенного материала и о близости его источника. В группе рабочих минералов высоко содержание оливина (до 59%), шпинели (до 14%), ильменита (до 18%), пироксена (до 10%); в небольших количествах отмечен магнетит. Для зерен всех минералов отмечено отсутствие признаков окатанности, а для ильменита - присутствие кристаллов.

Морские отложения раннеголоценового возраста развиты в данном районе достаточно широко. Следует оговориться, что их некоторые радиоуглеродные датировки дают пограничный между поздним неоплейстоценом и голоценом возраст, однако допустимые погрешности позволяют отнести эти осадки к раннему голоцену. Как и предыдущие, эти отложения характеризуются ассоциациями, соответствующими тем коренным породам, в пределах которых находится тот или иной разрез. Наряду с этим, здесь широко представлены и вулканогенные минералы рабочей группы; для них характерна ильменит-оливин-пироксеновая ассоциация. Из минералов-индикаторов во всех разрезах встречается черная шпинель, в разрезах Кап Кьелдсена и ледника Фридриха - бурая роговая обманка, а в Якобсен-бухте - хромит.

Морские отложения ранне-среднеголоценового возраста представлены в районе так же широко, как и предыдущие осадки. Их общие ассоциации сформированы по уже известному принципу, а для группы рабочих минералов характерна пироксен-ильменит-оливиновая ассоциация. Из индекс-минералов черная шпинель встречается во всех разрезах, а хромит -только в районе Якобсен-бухты и Мусхамны (здесь он входит в группу ведущих минералов).

Таким образом, четвертичные отложения всех возрастов содержат вулканогенный материал в виде минеральных зерен и кристаллов оливина, пироксена, хромита, шпинели, амфибола, ильменита, магнетита.

Литологическая и минералогическая характеристика некоторых разрезов и точки их опробования показаны на рисунках 1 и 4-8.

Выводы

1. Извержение вулкана Сверре началось после максимума поздневалдайского оледенения, в период дегляциации. На месте вулкана располагалась донная морена с мощными линзами мертвых льдов, таяние которых привело к вымыванию мелкозема из состава морены.

2. Возраст извержений вулканов Халвданпигген и Сигурд более древний, чем поздневалдайский. Эти образования подвергались мощному (возможно неоднократному) экзарационному воздействию, вследствие чего от них сохранилась только жерловая фация.

3. Весь разрез четвертичных отложений содержит минералы вулканогенного происхождения, что говорит о существовании вулканов в этом районе еще в допоздневалдайское время.

4. В то же время во всех разрезах верхненеоплейстоценовые отложения не характеризуются пиками содержаний вулканогенных минералов, за исключением дельтовых отложений на мысе Кап Кьелдсен (Q_III). А невысокое содержание минералов в этих пачках может свидетельствовать о том, что в это время лишь шел размыв уже образовавшихся вулканических построек, а новой активности вулканов не было.

5. В то же время дельтовые отложения (Q_III) на мысе Кап Кьелдсен, источник сноса которых находился тогда на юго-востоке от разреза, указывают на существование в это время вулкана Халвданпигген.

6. Все разрезы (кроме Якобсен-бухты) характеризуются повышенным содержанием вулканогенных минералов в нижних слоях пачки морских нижнеголоценовых отложений. Обращает внимание тот факт, что в аномальных пробах увеличено в основном содержание оливина и пироксена, т.е. минералов, слагающих основную массу базальтоидов. Напрашивается вывод, что во время накопления этих слоев активизировалась вулканическая деятельность в районе, а в бассейн осадконакопления поступила резко увеличенная порция вулканического материала.

7. В районе вулкана Сверре нижнеголоценовые осадки залегают на цоколе морских террас, сложенном вулканическими породами. Эти осадки представлены песками, вулканический материал которых на 70-80% состоит из пироксенов и оливина. Здесь надо отметить, что количество этих минералов увеличивается в песках снизу вверх по разрезу. На северном борту ледника Фридриха нижнеголоценовые осадки представлены песками и галечниками, в которых количество вулканогенного материала (оливин + пироксен) также увеличивается снизу вверх по разрезу.

8. Также почти во всех разрезах имеются вторые пики содержания минералов, приуроченные либо к верхним частям нижнеголоценовых слоев, либо к среднеголоценовым осадкам. Учитывая погрешности при определении положения границы между этими пачками, можно, видимо, эти пики отождествить между собой. И, принимая во внимание информацию, высказанную в пункте 4, надо сделать вывод о вторичной активизации вулканической деятельности в голоцене.

9. Обращает на себя внимание низкая концентрация вулканогенных минералов в отложениях Кратерэльвы, что может объясняться лишь высокой степенью эродированности вулканического аппарата вулкана Халвданпигген и, как следствие, уменьшением обломочного материала, поступающего в осадки в это время.

10. В конечном итоге мы можем утверждать о двух периодах вулканической активизации в районе Бокк-фьорда и Вуд-фьорда: в конце неоплейстоцена (11 000-10 000 л.н.) и, примерно, в конце раннего - среднем голоцене (9 000-6 000 л.н.). Каждая из этих активизаций зафиксирована повышением (иногда резким) содержания вулканогенных минералов в осадках соответствующего уровня.

11. Мы предполагаем, что с первой из этих двух активизаций связано образование вулкана Сверре. Все высокие концентрации вулканогенных минералов в осадках связаны именно с ним, так как ближайший вулкан Халвданпигген к этому времени был основательно разрушен и поставлял мало материала.

12. Последнее проявление вулканизма имело место позже, чем 6255 лет тому назад.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Семевский Д.В. К вопросу о возрасте вулкана Сверре // Материалы по геологии Шпицбергена. Л.: НИИГА, 1965. С. 272-275.

2. Буров Ю.П., Загрузина И.А. Результаты определения абсолютного возраста кайнозойских базитов северной части о. Шпицберген // Геология Свальбарда. Л.: НИИГА, 1976. С. 139-140.

3. Skjelkvale B.L., Amundsen H.E.F., O'Reilly S.Y. et al. A primitive alkali basaltic stratovolcano and associated eruptive centres, northwestern Spitsbergen: volcanology and tectonic significance // J. Volcanol. and Geothermal Res. 1989. № 37. P. 1-19.

4. Salvigsen O., Osterholm H. Radiocarbon dated raised beaches and glacial history of the northern coast of Spitsbergen, Svalbard // Polar Research. 1982. N. I. P. 97-115.

5. Троицкий Л.C., Зингер E.M., Корякин B.C. и др. Оледенение Шпицбергена (Свальбарда). М.: Наука, 1975. 276 с.

6. Bruckner Н., Halfar RA. Evolution and age of shorelines along Woodfjord, northern Spitsbergen // Zeitschrift fur Geomorph. 1994. Bd. 97. P. 75-91.

THE AGE OF QUATERNARY VOLCANIC ACTIONS IN THE VICINITY OF BOKK-FJORD (SHPITSBERGEN)

A.N. SIROTKIN, V.V. SHARIN

Correlation of glacial and volcanic relief and occurrence of volcanic minerals were analyzed. The age of Quaternary volcanoes was determined on the basis of this analysis and radiocarbon dating.

Ссылка на статью:

Сироткин A.H., Шарин В.В. Возраст проявлений четвертичного вулканизма в районе Бокк-фьорда (архипелаг Шпицберген) // Геоморфология. 2000. № 1. С. 95-106.